Computación cuántica: la tecnología informática del mañana

¡La computación cuántica es un tema que puede sorprender incluso a las mentes más geniales! Trata temas que la gente normal considera ciencia ficción como universos paralelos, teoría del multiverso , etc. De hecho, suena más como la próxima película de Marvel Dr. Strange y menos como una tecnología real.
Pero la computación cuántica es muy real. Es una tecnología informática basada en las leyes de la Física Cuántica, que trata sobre el comportamiento de la energía y la materia a nivel cuántico (¡Ese es el nivel atómico!). ¡Y una computadora cuántica completamente funcional sería capaz de realizar múltiples cálculos simultáneamente, lo que aumentaría su velocidad un millón de veces más que incluso las supercomputadoras más poderosas de la actualidad! De hecho, Quantum Computing podría cambiar industrias enteras en el futuro, como la atención médica, las finanzas, las telecomunicaciones, la seguridad cibernética, etc. con sus increíbles capacidades. Y es por eso que este artículo se centra en la Computación Cuántica y sus Aplicaciones Potenciales en el Futuro.

Pero antes de ir al futuro, vayamos al pasado. Entonces, ¿cuál fue el comienzo de la computación cuántica? Todo comenzó con el físico Max Planck en 1900 cuando descubrió los cuantos de energía, que son pequeños paquetes de energía a nivel subatómico que pueden comportarse como ondas y partículas dependiendo de su entorno en ese momento. Este descubrimiento se convirtió en la base de la Teoría Cuántica que le valió a Max Planck un Premio Nobel de Física (¡sí, fue así de importante!) y también condujo al comienzo de la Computación Cuántica.
Una interpretación de la teoría cuántica es que si un objeto como un electrón o un fotón puede existir potencialmente en múltiples estados, entonces hay una serie de universos paralelos para ese objeto con cada estado posible del objeto correspondiente a un universo paralelo. Esto se conoce como la interpretación de muchos mundos o la teoría del multiverso, que cuenta con el apoyo de muchos científicos, incluido Stephen Hawking.

Pero aún no hemos abordado la pregunta más importante… ¿Qué es la computación cuántica? Así que vamos a llegar a eso ahora.

¿Qué es la computación cuántica?

La computadora (¡que incluye un teléfono!) que está usando para leer este artículo es un excelente ejemplo de computación clásica. Ahora, los métodos informáticos clásicos modernos funcionan en chips que procesan todos los datos usando solo un bit con dos estados posibles 0 y 1. Incluso los problemas o algoritmos más complejos que se ven en la informática clásica son entendidos por la computadora al dividirlos en 0 y 1. Sin embargo, hay algunos problemas que son tan grandes o complejos que es imposible resolverlos incluso con las computadoras clásicas más poderosas de la Tierra.

¡Ahí es donde entra en juego la computación cuántica! Las computadoras cuánticas universales utilizan la unidad qubits (bits cuánticos) en lugar de bits. Un qubit podría ser un electrón en el que los 2 estados diferentes son el espín hacia arriba o hacia abajo de un electrón o incluso un fotón, en el que los 2 estados diferentes son la polarización vertical y la polarización horizontal. Ahora, en Computación Clásica, un bit tiene que estar en un solo estado, ya sea 0 o 1. Pero en Computación Cuántica un qubit puede estar en ambos estados (0 y 1) simultáneamente, una propiedad que se llama Superposición .. Solo cuando el qubit se mide realmente, tiene que decidir si es 0 o 1. Esto puede entenderse como una moneda lanzada al aire, que puede tener cara y cruz simultáneamente. Solo cuando cae en tu mano, entonces es claramente cara o cruz.

Por ejemplo: si hay 4 bits, estos bits juntos pueden representar 2 ^ 4 = 16 valores en total, pero solo pueden contener 1 de estos 16 valores a la vez. Pero si hay 4 qubits, ¡entonces estos qubits juntos pueden contener estos 16 valores simultáneamente! ¡¡¡Esa es la magia de la Computación Cuántica!!!

Otra propiedad importante de la computación cuántica es el entrelazamiento. Los qubits que han interactuado en algún momento se enredan en pares. Entonces, si se conoce el estado de un qubit en este par, supongamos que su estado de giro hacia arriba, entonces el estado del otro qubit está automática y simultáneamente en el estado de giro hacia abajo. El entrelazamiento entre 2 qubits es válido sin importar la distancia entre ellos, siempre que se encuentren en condiciones aisladas. Este sorprendente fenómeno aún no tiene explicación e incluso fue llamado “acción espeluznante a distancia” por Einstein!!!

¿Qué es la supremacía cuántica?

¿De qué serviría una Computadora Cuántica si no pudiera ser al menos mejor que las Computadoras Clásicas? Aquí es donde entra en juego la supremacía cuántica . Básicamente, la supremacía cuántica es la capacidad comprobada de una computadora cuántica para resolver problemas que las computadoras clásicas prácticamente no pueden resolver. La carrera para construir las computadoras cuánticas más poderosas que puedan alcanzar la supremacía cuántica ha estado ocurriendo desde finales de la década de 1990. Sin embargo, Quantum Supremacy no deja de ser una situación hipotética que ninguna empresa ha podido lograr todavía.

En marzo de 2018, Google afirmó que su chip de computadora cuántica de 72 qubits, Bristlecone, podría confirmar la supremacía cuántica en el futuro. Pero Alibaba refutó estas afirmaciones utilizando múltiples servidores clásicos para simular el funcionamiento de Bristlecone y lograr el mismo resultado. Dado que una computadora clásica podía resolver el mismo problema, esto significaba que Bristlecone de Google aún no había logrado la supremacía cuántica.

¡Pero ese no fue el final de esta guerra de computación cuántica! Ahora, nuevamente en octubre de 2019, Google afirmó en la revista Nature que su último procesador cuántico, Sycamore, había ejecutado un problema de generación de números aleatorios en 200 segundos , lo que le llevaría a Summit de IBM aproximadamente 10 000 años . Pero IBM rechazó esta conclusión diciendo que Summit podría realizar esta tarea en 2,5 días mediante varias mejoras de rendimiento que Google no había considerado en su investigación.

Básicamente, en los tiempos actuales, Google está haciendo afirmaciones de Quantum Supremacy mientras que varias compañías están refutando estas afirmaciones. No hay un consenso claro sobre si se ha logrado la supremacía cuántica y varias empresas tecnológicas como Google, IBM, D-Wave Systems, Alibaba , etc. ¡están en la carrera por ser las primeras!

¿Cuáles son las aplicaciones potenciales de la computación cuántica?

¡La computación cuántica podría ser el futuro del mundo tecnológico! Según Vern Brownell, director general de D-Wave Systems , una empresa canadiense de computación cuántica, “estamos en los albores de esta era de la computación cuántica. Creemos que estamos justo en la cúspide de brindar capacidades que no puede obtener con la computación clásica. En casi todas las disciplinas, verá que este tipo de computadoras tienen este tipo de impacto”.

De hecho, hay muchas aplicaciones posibles de las computadoras cuánticas en varios campos. Veamos algunos de estos ahora:

1. Salud: ¿Quiere un medicamento adaptado a su estructura de ADN y genomas únicos? Esto podría ser posible utilizando la computación cuántica. Estudiar el ADN completo de un organismo requiere una gran cantidad de poder computacional y espacio de almacenamiento, lo cual es bastante difícil de lograr con la computación clásica. Sin embargo, la computación cuántica facilitaría mucho este proceso, permitiéndonos comprender el ADN individual a un nivel mucho más profundo y también curar muchas enfermedades genéticas.

2. Finanzas: ¡Las finanzas involucran la predicción del mercado para ganar más dinero! Ahora hay muchos algoritmos que usan múltiples probabilidades y suposiciones para calcular las tendencias futuras del mercado. Las computadoras cuánticas pueden ser de gran ayuda en este escenario, ya que pueden eliminar los puntos ciegos y los errores en los datos que conducen a pronósticos financieros erróneos (¡y por lo tanto a una pérdida de dinero!)

3. Ciberseguridad: ¿Sabes que la increíble velocidad de las computadoras cuánticas podría usarse para descifrar los códigos criptográficos que mantienen en secreto nuestros mensajes y datos confidenciales? Pero al mismo tiempo, las computadoras cuánticas también podrían usarse para proteger los datos contra la piratería mediante el cifrado cuántico. Implica enviar fotones a largas distancias utilizando el principio de entrelazamiento para proteger los datos.

4. Agricultura: ¡¡¡Los fertilizantes son muy importantes en la Agricultura!!! Y están hechos principalmente de amoníaco. Pero, ¿sabía que todavía usamos una técnica de la década de 1900 para crear amoníaco que requiere presión y calor extremos? Y no se ha descubierto ningún proceso nuevo para crear amoníaco, ya que hay millones de posibles combinaciones de catalizadores para probar. Resolver este problema en una computadora clásica puede llevar mucho tiempo, pero esto se puede hacer de manera fácil y rápida en una computadora cuántica.

5. Inteligencia artificial: la inteligencia artificial es interesante por sí sola y la computación cuántica podría hacerla casi mágicamente diversa. Se podrían crear algoritmos complejos en las computadoras cuánticas que podrían trazar un mapa de billones de neuronas en el cerebro humano y contribuir enormemente en el campo de las redes neuronales. Además, Quantum Computing podría usarse en combinación con ML para crear dispositivos IoT que están profundamente interconectados con protocolos de ciberseguridad increíblemente complicados.