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Computación cuántica: hacia un cambio de paradigma

En 2019, y gracias a un experimento diseñado por el informático español Sergio Boixo, Google anunció con bombo y platillo un ensayo en el cual, y gracias a un ordenador cuántico, habían logrado realizar en unos minutos una operación matemática que habría tardado miles de años en un superordenador convencional. Según la compañía habían conseguido la “supremacía cuántica”.

Este anuncio fue una excepción: gigantes tecnológicos como Google, Microsoft, IBM o Intel llevan años trabajando en computación cuántica, pero en silencio y fuera de los focos mediáticos.

¿Por qué apuestan por esta tecnología e invierten millones de euros en ella?

¿De qué hablamos cuando hablamos de computación cuántica?

La computación cuántica es una rama de la informática cuyos principios se basan en las leyes cuánticas. Gracias a este cambio de paradigma respecto a la informática tradicional, se están desarrollando una nueva generación de superordenadores capaces de almacenar más estados por unidad de información, operar con algoritmos más complejos y realizar más operaciones simultáneas.

Mientras un ordenador clásico trabaja con código binario (unos y ceros) y bits, un ordenador cuántico utiliza cúbits (bits cuánticos), una unidad básica de información que admite la superposición y la mezcla de unos y ceros. Así, un cúbit puede tener diversos valores al mismo tiempo y es por ello por lo que puede desarrollar cálculos complejos con mayor facilidad. Un ejemplo: un ordenador cuántico de 30 cúbits puede realizar hasta 10 billones de operaciones de coma flotante por segundo, o lo que es lo mismo, 5,8 billones más que la computadora más potente (o una videoconsola de última generación).

Del origen a los primeros ordenadores cuánticos

Entre 1980 y 1982 los científicos Richard Feynman, Paul Benioff y Yuri Manin expusieron las bases teóricas que apostaban por aprovechar las leyes cuánticas en el ámbito de la computación, pero no fue hasta el 1998 que se presentó el primer ordenador cuántico, de 2 cúbits, y presentado en la Universidad de Berkeley (EUA).

Aunque las bases de la segunda revolución cuántica ya estaban establecidas, no ha sido hasta los últimos años que se han empezado a dar pasos pequeños aunque muy significativos.

En 2019 IMB presentó el que será el primer ordenador cuántico comercial, el Q System One: un cubo de cristal de 3×3 metros y 20 cúbits que va destinado a investigación y ámbito empresarial.

¿En qué se diferencian la computación cuántica y la tradicional?

Que la computación cuántica es el principio de una revolución comparable a la introducción de la calculadora es algo evidente para la mayoría de científicos e ingenieros.

Estas son las características que la alejan de la computación tal y como la hemos conocido hasta ahora:

Arquitectura

A pesar de su potencia descomunal, algo nunca visto, los ordenadores cuánticos aún son muy primitivos: no tienen ni memoria ni procesador (solo un conjunto de cúbits), y no hay ni pantallas ni teclados ni ratones. Además, la información no puede almacenarse, y los periodos de funcionamiento son aún muy cortos debido a su inestabilidad.

Funcionalidad

Aunque viendo su potencia muchos sueñan con trasladar esa capacidad a su equipo de escritorio, lo cierto es que las computadoras cuánticas aún están lejos de convertirse en herramientas para uso personal, y su aplicación queda relegada a los ámbitos corporativos, científicos y tecnológicos.

Lenguaje programación

Los ordenadores cuánticos aún no tienen un código propio para programar y su uso se basa en la generación de algoritmos específicos.

Mantenimiento

Uno de los mayores retos de la computación cuántica los próximos años es superar sus difíciles condiciones de funcionamiento. A día de hoy aún son dispositivos muy complejos y sensibles, que necesitan condiciones muy concretas de funcionamiento, casi de laboratorio: no debe haber presión atmosférica, la temperatura debe ser de -2763 grados Celsius y aislados del campo magnético terrestre. Además, deben ser manipulados por técnicos expertos en entornos completamente sellados.

Algunas aplicaciones actuales y futuras de la computación cuántica

Con una capacidad de cálculo que se escapa de todo lo conocido y a pesar de ser algo casi experimental, la computación cuántica ya está empezando a ayudar en múltiples ámbitos:

Finanzas y sector bancario

Además de mejorar los sistemas de detección de fraude, con la computación cuántica se promete un avance sin precedentes en todos aquellos aspectos que requieren simulaciones inteligentes y algoritmos de machine learning, como la gestión de carteras de inversión o la evolución de determinados valores en Bolsa.

Ciberseguridad

La mayor capacidad de procesamiento y computación de esta tecnología supone un antes y un después en la encriptación de datos. No es de extrañar, por lo tanto, que sean muchos los gobiernos que estén atentos para incluir la computación cuántica en sus ecosistemas.

Ver también

Evidentemente, también el sector bancario y financiero está interesado en incluir estos avances criptográficos para mejorar la seguridad de sus datos e inversiones, estando mejor preparadas para amenazas presentes y futuras.

Salud

Nuevos medicamentos revolucionarios, tratamientos personalizados o avances en la investigación del ADN son algunos de los avances biomédicos que serán posibles gracias a la computación cuántica.

Desarrollo de nuevos materiales

Actualmente, el tiempo de desarrollo de nuevos materiales es de 10 años y cuesta entre 10 y 100 millones de euros de media. Con la computación cuántica estas cifras se verán reducidas drásticamente: mediante avanzadas simulaciones y cálculos complejos es posible avanzarse a futuros problemas y obtener sugerencias para la creación de productos más eficientes y con propiedades únicas.

Movilidad y transporte

La computación cuántica también ayudará para conseguir una movilidad más eficiente y sostenible. Un ejemplo es el proyecto conjunto del grupo Volkswagen y D-Wave, que trabaja para optimizar las predicciones de tráfico urbano, la demanda de transporte y los tiempos de viaje.

Muchos retos, un camino apasionante

Con un potencial impresionante, la computación cuántica es la base de la nueva revolución informática.

Aunque su estandarización no llegará hasta que esta tecnología tenga unas características asumibles, son muchos los investigadores e ingenieros que trabajan con pasión para que en poco tiempo podamos experimentar los numerosos beneficios de esta tecnología.

Muchos de estos profesionales se han adherido al Manifiesto sobre la Ingeniería y la Programación del Software Cuántico, que pone las bases sobre las cuales hay que apostar para convertir en realidad estos prometedores avances.

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