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Un ordenador cuántico es una máquina de cálculo, que es mucho más potente que los ordenadores que tenemos hoy en día. Esto lo sabemos porque se ha demostrado, que hay problemas que son muy complicados para ordenadores que tenemos hoy en día, en la práctica imposibles y que un ordenador cuántico puede resolver de manera mucho más eficiente.

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La computación cuántica ha evolucionado rápidamente desde sus inicios, aunque actualmente su aplicación práctica es limitada. A pesar de las restricciones actuales en la capacidad de cómputo cuántico, se observa un progreso significativo. Algoritmos como el de temple cuántico son valiosos para problemas de aprendizaje automático, lo que podría mejorar tareas como la transcripción de conversaciones y la identificación de objetos en imágenes. Además, se vislumbran aplicaciones en medicina y química. Los ordenadores cuánticos genéricos, a pesar de tener menos qubits, pueden ejecutar una variedad más amplia de algoritmos, incluyendo desafiar la criptografía actual, actuar como buscadores ultrarrápidos y ser eficientes simuladores de sistemas cuánticos en física y química. Aunque aún enfrenta limitaciones, la computación cuántica parece tener un futuro prometedor con posibles impactos significativos en diversos campos.

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La computación cuántica es una rama de la informática que utiliza los principios de la superposición y el entrelazamiento cuántico. Se diferencia de la informática tradicional al aprovechar las propiedades de la mecánica cuántica para desarrollar una forma de computación más eficiente. Teóricamente, puede almacenar muchos más estados por unidad de información y operar con algoritmos más eficientes, como el algoritmo de Shor o el temple cuántico. A pesar de enfrentar desafíos prácticos como problemas de escalabilidad y decoherencia, la computación cuántica permite realizar múltiples operaciones simultáneas y superar limitaciones presentes en la informática clásica, como el efecto túnel en la programación a escala nanométrica.

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A principios del siglo XX, Planck y Einstein propusieron que la luz está formada por cuantos, rompiendo con la idea de una onda continua. Esta noción condujo al desarrollo de la teoría cuántica. Dos conceptos clave son la superposición de estados y el entrelazamiento. Los qubits en la computación cuántica, a diferencia de los bits clásicos, pueden existir en múltiples estados simultáneamente, pero la medición colapsa esos estados a 0 o 1.

Aunque la superposición amplía las capacidades de almacenamiento, la medición pierde información. Benioff y Feynman sugirieron que un ordenador clásico no podría simular eficientemente sistemas cuánticos. El entrelazamiento, que mantiene relaciones fijas entre qubits, es crucial. Dos algoritmos destacados son el temple cuántico, útil en inteligencia artificial, y el algoritmo de Shor, capaz de factorizar números de manera eficiente. Esto último amenaza la seguridad de RSA, un popular algoritmo de cifrado en internet, ya que un ordenador cuántico podría superar rápidamente la protección proporcionada por claves más largas.

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La informática cuántica utiliza qubits en lugar de bits como su unidad básica de información. A diferencia de los bits convencionales, los qubits permiten la superposición coherente de unos y ceros, pudiendo representar ambos estados simultáneamente y en diferentes proporciones. Esta característica única permite a un ordenador cuántico con solo 30 qubits realizar operaciones a una velocidad sorprendentemente mayor que las computadoras convencionales, alcanzando hasta 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo.

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La computación cuántica y la tradicional son distintas en términos de lenguaje de programación, funcionalidad y arquitectura:

1. Lenguaje de Programación:

- Computación Cuántica: Carece de un código propio y se basa en algoritmos específicos.

- Informática Tradicional: Utiliza lenguajes estandarizados como Java, SQL o Python.

2. Funcionalidad:

- Computación Cuántica: No es de uso popular ni cotidiano, reservada para ámbitos corporativos, científicos y tecnológicos.

- Informática Tradicional: Utilizada en ordenadores personales para diversos propósitos.

3. Arquitectura:

- Computación Cuántica: Más simple, sin memoria ni procesador, se centra en un conjunto de qubits.

- Informática Tradicional: Tiene una arquitectura más compleja, con memoria y procesador.

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Las ventajas de la computación cuántica – Reflexiones sobre el cambio para seguir mejorando – Ep. 8

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En conclusión la humanidad esta avanzando considerablemente en varios ámbitos como el de la tecnología, proponiendo cada vez nuevas innovaciones, como es el caso del ordenador cuántico que empezó como algo desconocido a algo que en aproximadamente 20 o 30 años será algo común en la sociedad, estos ordenadores están listos y preparados para el futuro, son complejos y novedosos. El caso es que estas nuevas herramientas nos ayudarán ha avanzar en el futuro ya que son capaces de grandes cosas como problemas complicados, reacciones químicas que lleven a medicamentos, entre otras.

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En un mundo binario de unos y ceros, los ordenadores cuánticos serían como los Albert Einstein de la informática, cerebros electrónicos extraordinarios capaces de realizar en unos segundos tareas casi imposibles para una computadora clásica. La multinacional IBM será la primera en comercializar uno de estos prodigios de la tecnología, el Q System One, un cubo de cristal de unos 3 x 3 metros y 20 qubits que fue presentado en 2019 y estará disponible para el ámbito empresarial y la investigación.

¿QUÉ ES LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA?

Esta rama de la informática se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, como el de Shor o el temple cuántico.

Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica -la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas- para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y decoherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.

¿QUÉ ES UN QUBIT?

La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el qubit en lugar del bit convencional. La principal característica de este sistema alternativo es que admite la superposición coherente de unos y ceros, los dígitos del sistema binario sobre los que gira toda la computación, a diferencia del bit, que solo puede adoptar un valor al mismo tiempo -uno o cero-.

Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.

DIFERENCIAS ENTRE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y LA TRADICIONAL

La computación cuántica y la tradicional son dos mundos paralelos con algunas similitudes y numerosas diferencias entre sí, como el uso del qubit frente al bit. A continuación, repasamos tres de las más relevantes:

Lenguaje de programación

La computación cuántica carece de un código propio para programar y recurre al desarrollo e implementación de algoritmos muy específicos. Sin embargo, la informática tradicional cuenta con lenguajes estandarizados como Java, SQL o Python, entre muchos otros.

Funcionalidad

Un ordenador cuántico no es una herramienta para uso popular ni cotidiano, como un ordenador personal (PC). Estas supercomputadoras son tan complejas que solo tienen cabida en el ámbito corporativo, científico y tecnológico.

Arquitectura

La composición de un ordenador cuántico es más sencilla que la de uno convencional, y no tiene memoria ni procesador. Estos equipos se limitan a un conjunto de qubits que sirven de base para su funcionamiento.

El salto cuántico de la computación.
VER INFOGRAFÍA: El salto cuántico de la computación [PDF]
CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DE UN ORDENADOR CUÁNTICO

Estos ordenadores son extremadamente sensibles y necesitan unas condiciones muy concretas de presión, temperatura y aislamiento para funcionar sin errores. La interacción de estas máquinas con partículas externas provoca fallos de medición y el borrado de las superposiciones de estados, de ahí que permanezcan selladas y se tengan que manejar a través de ordenadores convencionales.

Un ordenador cuántico necesita una presión atmosférica casi inexistente, una temperatura ambiente próxima al cero absoluto (-273 °C) y aislarse del campo magnético terrestre para evitar que los átomos se muevan y colisionen entre sí, o interactúen con el entorno. Además, estos sistemas funcionan durante intervalos muy cortos de tiempo, por lo que la información se termina dañando y no puede almacenarse, dificultando aún más la recuperación de los datos.

PRINCIPALES APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA

La seguridad informática, la biomedicina, el desarrollo de nuevos materiales y la economía son algunos de los ámbitos que podrían vivir una gran revolución gracias a los avances en computación cuántica. Estos son algunos de sus beneficios más interesantes:

Las empresas optimizarían aún más sus carteras de inversión y mejorarían los sistemas para la detección del fraude y la simulación.

Este sector se beneficiaría en el desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos personalizados genéticamente, así como en la investigación del ADN.

Ciberseguridad

La programación cuántica conlleva riesgos, pero también avances para la encriptación de datos, como el nuevo sistema Quantum Key Distribution (QKD). Esta nueva técnica para el envío de información sensible utiliza señales luminosas para detectar cualquier intromisión en el sistema.

Movilidad y transporte

Compañías como Airbus utilizan la computación cuántica para diseñar aviones más eficientes. Además, los qubits permitirán avances notables en los sistemas de planificación del tráfico y la optimización de rutas.

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La computación cuántica y las supercomputadoras que revolucionarán la tecnología

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Vivimos en la era de la tecnología, pero aún no lo hemos visto todo: la computación cuántica, que en los últimos años ha dado pequeños -pero importantes- pasos de la mano de grandes empresas, promete revolucionar casi todo lo que conocemos. A continuación, repasamos sus posibles aplicaciones, que van desde la ciberseguridad a la movilidad pasando por la salud.

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A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose