La computación cuántica vuelve a escena

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Por Fernando Molina, CEO de NUBEADO – Expertos en tecnologías web.

Mucho se lleva hablando acerca de la computación cuántica en los últimos años y de cómo este concepto, puede revolucionar nuestros sistemas tecnológicos. La posible llegada de lo que se conoce como “Supremacía Cúantica” puede convertirse en un antes y un después en el modo que entendemos la computación. No obstante, el camino por recorrer aún es largo y hay quien incluso sostiene, que dicho camino y esfuerzo, no llegará a ninguna parte.

En cualquier caso, en el artículo de hoy, intentaremos arrojar algo de luz sobre qué es la computación cuántica, y sobre todos los conceptos involucrados en la misma.

Comencemos inicialmente por familiarizarnos con algunos de los conceptos básicos con es el “cubit”. El cubit, procede de la contracción de quantum bit. En la computación ordinaria utilizamos los bits, que son la unidad mínima de información. Pero con un único bit apenas podemos hacer nada, se suelen agrupar en conjunto 8 de bits, consiguiendo de esta manera los ya conocidos bytes. Cada uno de estos bits, solo puede adoptar un único valor o estado interno en un instante dado (cero o uno). Sin embargo, en la computación cuántica, los cubits no tienen un único valor en un momento dado; lo que tienen es una combinación de los estados cero y uno simultáneamente. De este modo, puede tener mucho de estado cero y poco de estado uno. O mucho de estado uno y poco de estado cero. O lo mismo de ambos. O cualquier otra combinación de estos dos estados que se os ocurra. Es lo que se conoce como los “estados cuánticos”.

Gracias a las operaciones que podemos realizar sobre los cubits, es posible modificar el estado interno de la CPU, definiendo de este modo, un algoritmo como una secuencia de operaciones lógicas que modifican el estado interno del procesador hasta que alcance el valor que nos ofrece la solución a un problema concreto. Sin embargo, comentamos anteriormente que un bit cuántico adopta varios valores simultáneamente, por lo que al realizar una operación lógica cuántica a partir de varios bits cuánticos no obtendremos un único resultado, sino que llegaremos de forma simultánea a múltiples. Gracias a esto, la capacidad de cálculo de los ordenadores cuánticos se incrementa exponencialmente a medida que somos capaces de llevar a cabo operaciones con más cubits, convirtiendo a los ordenadores cuánticos, en ordenadores infinitamente más potentes que los ordenadores clásicos.

Y esto nos permite llegar a una primera conclusión con la que llevamos coqueteando desde los primeros párrafos del artículo: los ordenadores cuánticos son más potentes que los clásicos en la medida en que cada una de las operaciones lógicas que podemos llevar a cabo con ellos nos devuelve más resultados que una operación lógica clásica.

Llegados a este punto, parece que todo pinta fenomenal, pero si fuera así, la computación cuántica ya habría acabado con la tradicional, y estamos aún bastante lejos de que esto ocurra. Una de las principales razones es el hecho de que disponemos de pocos algoritmos cuánticos, debido a que son tremendamente complejos de programar, y por tanto son pocos los problemas que podemos resolver. Otra de las razones es que es muy difícil preservar el estado de un sistema cuántico debido a que la superposición se rompe con facilidad a causa de la decoherencia cuántica, que se produce cuando desaparecen las condiciones necesarias que hacen que un sistema que se encuentra en un estado cuántico entrelazado se mantenga.

Cuando esto ocurre, desaparecen los efectos cuánticos y con ellos, las ventajas de dicha computación, ya que se producirán errores y los algoritmos devolverían resultados erróneos.

Una última razón es que para evitar que los cúbits cambien de estado cuántico de forma espontánea como consecuencia de la temperatura, los ordenadores cuánticos deben trabajar a temperaturas próximas a los 270º bajo cero, por lo que es una limitación más para tener en cuenta.

Pero entonces, ¿merece la pena la computación cuántica?

Los avances en el diseño de los ordenadores cuánticos son esperanzadores, pero las capacidades de las máquinas de unas pocas decenas de cúbits, hace que en la actualidad no podamos llevar a cabo cálculos realmente relevantes; para ello, deberíamos acercarnos a la cifra de los 1000 cubits. En cualquier caso, los científicos confían en que esta nueva tecnología marque la diferencia en campos como la criptografía, la inteligencia artificial, el aprendizaje automático y otras disciplinas científicas, como la medicina, la física, la ingeniería o la química.

¿Y a qué llamamos la supremacía cuántica?

Pues es la situación que conseguiremos cuando un ordenador cuántico sea más rápido en la práctica que un ordenador clásico, en el momento en que ambos se enfrenten a la resolución de un mismo problema. También podríamos decir que sería cuando una máquina cuántica consiga resolver en un plazo de tiempo abarcable un problema que un superordenador clásico resolvería en un plazo de tiempo inasumible dada su extensión.

En la actualidad, sólo hay 2 equipos de investigación que han declarado haber alcanzado este hito.

Lo que parece claro, es que las computaciones clásica y cuántica están condenadas a entenderse. Los ordenadores cuánticos no parecen tender a reemplazar los ordenadores clásicos, sino más bien a complementarlos, ayudando a reducir drásticamente el tiempo invertido en la ejecución de aquellos algoritmos que actualmente tienen un coste computacional inasumible para estos. 

Los expertos reconocen que los ordenadores cuánticos no tendrán un impacto importante en nuestras vidas ordinarias en los próximos años, pero si lo tendrán en los centros de supercomputación, quienes ya han decidido introducirlos en su infraestructura como un procesador especializado más, para ayudar en la búsqueda de la solución a algunos de los problemas a los que se enfrenta la humanidad.