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¿Cómo funciona un ordenador cuántico?

Muchos dicen que es el futuro, pero hay que entender su presente…


Ordenador cuántico

Por más que no nos guste admitirlo, la ciencia y la tecnología están repletas de «hypes», desarrollos con un potencial extraordinario y promesas espectaculares que nunca se materializan. La fusión en frío y el grafeno son dos buenos ejemplos, pero si estudiamos de cerca a los gigantes del mercado, descubrimos que no pueden dejar de hablar sobre los ordenadores cuánticos. ¿Qué quieren hacer con ellos? ¿Cómo funciona un ordenador cuántico? Hoy vamos a explorar las respuestas a esas preguntas.


Tabla de contenidos

Ceros, unos… y algo más

Nuestra vida digital es una danza interminable de unos y ceros. Este artículo, el navegador que utilizas, tu sistema operativo. Fotos, vídeos, música, juegos, trabajo, exámenes. ¿Amor? ¿Dinero? Tampoco escapan a los bits. Más allá de algunas condiciones específicas que pueden «cambiar» espontáneamente a un bit y sembrar el caos, lo cierto es que funcionan, y nos han servido muy bien.


ordenador cuántico
Los ordenadores avanzaron mucho, pero el uso del sistema binario se mantiene intacto

El desarrollo informático de las últimas décadas estuvo (y aún está) enfocado en procesar más bits, y a mayor velocidad. Sin embargo, nuestros avances se están acercando rápidamente a límites físicos de los cuales no podemos escapar. Con componentes acercándose al tamaño de un átomo, la física cuántica es nuestra principal «enemiga»… ¿pero qué tal si la convertimos en «aliada»? Bienvenido al ordenador cuántico.


Cómo funciona un ordenador cuántico


(N. del R.: Subs en español)

En términos generales, la idea de un ordenador cuántico es la de utilizar propiedades cuánticas para realizar operaciones. En un ordenador convencional, el bit es la unidad más pequeña de información, con 0 y 1 como estados posibles. Pero en un ordenador cuántico tenemos al cúbit («bit cuántico»), que puede ser 0, 1… o una proporción de ambos. Eso nos lleva a la famosa superposición cuántica: Mientras no sea observado-evaluado-medido, el cúbit se encuentra en superposición, pero una vez que haces algo con él, debe colapsar a uno de sus estados definitivos. El gato de Schrödinger, con bits.


Sí, pero es más complicado todavía…

Al párrafo anterior debemos sumar el concepto de entrelazamiento cuántico. Básicamente se trata de una conexión o enlace que hace reaccionar a un cúbit frente al cambio en el estado de otro cúbit. Esta reacción es instantánea, y no se ve afectada por la distancia que separa a los cúbits. ¿Por qué es importante esto? Porque al medir un cúbit entrelazado, podemos calcular las propiedades de su pareja sin tener que hacer una observación adicional.


ordenador cuántico
En la imagen, Google Sycamore, con 53 cúbits

Sin embargo… todo lo que hemos dicho hasta aquí es la «versión sencilla» del ordenador cuántico. Scott Aaronson, profesor de ciencias de la computación en la Universidad de Texas (Austin) y uno de los más importantes expertos en informática cuántica, nos explica que la mecánica cuántica trabaja con amplitudes. Y el cúbit es un bit con una amplitud para 0, y otra para 1. Uno de los objetivos fundamentales de los ordenadores cuánticos es que todas las amplitudes que nos lleven a resultados equivocados se cancelen entre sí, y que las amplitudes restantes sirvan para llegar a la respuesta correcta.

Para lograrlo, los diseños actuales de ordenadores cuánticos dependen de la superconducción. El tamaño del chip no es mucho más grande que un procesador tradicional, y utiliza una serie de «bobinas» en las que fluyen dos estados cuánticos de corriente. Las bobinas pueden interactuar entre sí con la ayuda de uniones Josephson, dando lugar a la generación de estados entrelazados. La interacción entre qubits es completamente programable, y para que todo esto funcione, el sistema debe ser llevado a una temperatura muy cercana al cero absoluto.


«El problema»


Cuando el primer láser fue construido en 1960, su creador Theodore Maiman lo definió como «una solución buscando un problema». Y desde cierto punto de vista, podemos decir lo mismo sobre el ordenador cuántico. Tenemos una idea bastante sólida de su potencial, pero no sólo debe dar un salto en calidad, sino también en cantidad.


ordenador cuántico
El sistema cuántico chino Jiuzhang, basado en luz

Los mejores ordenadores cuánticos tienen un promedio de 50 cúbits. El procesador cuántico Sycamore de Google posee un total de 53 cúbits, y el sistema chino Jiuzhang llegó a los 76. Sin embargo, los expertos reconocen que se necesita un crecimiento exponencial, con ordenadores compuestos por cientos de miles de cúbits para generar trabajo útil y resolver problemas de amplio espectro.

Lo primero que viene a la mente es una especie de «Ley de Moore cuántica», pero no sería suficiente: Mientras que la Ley de Moore duplicó el número de transistores cada 18-24 meses, los ordenadores cuánticos deben duplicar su número de cúbits cada doce meses o menos. ¿Qué significa eso? Diez años, como mínimo.


La Ley de Moore fue revolucionaria, pero los ordenadores cuánticos necesitarán algo aún mejor

Ordenador cuántico: Aplicaciones y desafíos

Obviamente, existen razones de sobra para enfrentar todos los desafíos que la informática cuántica arroje en nuestra dirección. Desde simulaciones avanzadas de moléculas hasta proyecciones económicas, pasando por nuevas ramas en educación, medicina y seguridad, los ordenadores cuánticos crearán muchos mercados, y hay que prepararse para ellos.



El aspecto de la seguridad merece un capítulo aparte: Bajo las condiciones correctas (piensa en millones de cúbits), un ordenador cuántico podría pulverizar al criptosistema RSA, y si eso llega a suceder… será mejor que tengamos una buena alternativa en funcionamiento.


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Escrito por Lisandro Pardo

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