En la computación clásica, las computadoras trabajan con el sistema binario en el que todas las cantidades se representan en base a dos números: cero y uno. Como en un lanzamiento de moneda, solo hay dos opciones.
Ahora, imagina una computadora que pueda usar una identidad no binaria más fluida.
En lugar de simplemente cero y uno, piensa en una computadora que funcione con una superposición, o una combinación de cero y uno. En lugar de bits, hay qubits, que pueden ser ceros o unos, hasta que se procesan. Así que las posibilidades son infinitas.
¿Qué podría hacer una computadora con tantas posibilidades de procesamiento? Podría, por ejemplo, estimular el desarrollo de nuevos avances en la ciencia, con métodos de aprendizaje automático para diagnosticar enfermedades antes o, incluso, proporcionar un código indescifrable donde los hackers no pueden copiar una clave privada.
La computadora descrita anteriormente ya existe y hay varias instituciones que están aprovechando su inmenso potencial. Conocido como un ordenador cuántico, fue desarrollado por IBM.
No es que IBM esté sola en esto, claro. Si buscas por ahí, vas a encontrar empresas emergentes intentando encontrarle un lado útil a ese potencial cuántico, aunque honestamente, muchas todavía están en fase experimental. Eso sí, ya se siente un cierto ambiente de “carrera espacial”, con grandes jugadores queriendo dejar su huella antes que el resto. La competencia, al final, suele apurar las cosas de un modo que la ciencia tranquila raramente logra.
En una iniciativa pionera en la industria que intenta llevar las computadoras cuánticas del laboratorio al mundo real, se lanzó Q System One, el primer sistema de computación cuántica universal integrado diseñado para uso científico y comercial.
Y este promete ser uno de los desarrollos más impresionantes que veremos en el mercado tecnológico.
Cómo funciona la computación cuántica
En una charla sobre computación cuántica, Shohini Ghose, profesora de astrofísica en la Universidad Wilfrid Laurier, dio un claro ejemplo de cuán poderosa puede ser la computación cuántica para nuestras vidas. ¿La comparación que hizo? Será como evolucionar de velas a lámparas.
“La física cuántica describe el comportamiento de los átomos y las partículas fundamentales, como los electrones y los fotones. Una computadora cuántica opera controlando el comportamiento de estas partículas, pero de una manera totalmente diferente a las computadoras más comunes. No es solo una versión más poderosa de nuestras computadoras actuales, al igual que una lámpara no es una vela más poderosa“, explica Shohini Ghose.
“No se puede hacer una lámpara haciendo velas cada vez mejores. Una lámpara es una tecnología diferente, basada en un conocimiento científico más profundo. De manera similar, una computadora cuántica es un nuevo tipo de dispositivo, basado en la ciencia de la física cuántica. Así como la lámpara transformó la sociedad, las computadoras cuánticas tienen el potencial de afectar innumerables aspectos de nuestras vidas, incluidas nuestras necesidades de seguridad, nuestra atención médica e incluso Internet“.
Los beneficios que brinda la computación actual, por más avanzada que sea, nunca serán suficientes para superar algunos desafíos. Hay ciertos problemas de tal complejidad que exigen un nuevo nivel de potencia computacional para resolverlos. La computación cuántica es responsable de entregar este nuevo nivel.
Eso sí, hay que bajar un poco las expectativas: hoy por hoy, apenas estamos rascando la superficie de lo que podría llegar a hacerse con qubits. Los experimentos exitosos de hoy suelen ir acompañados de notas al pie y asteriscos de advertencia. De vez en cuando se asoman titulares grandes y promesas de “revolución inminente”, pero el camino real está lleno de pequeños ajustes y, francamente, muchos fracasos intermedios. La diferencia frente a la computación clásica es conceptual y práctica, pero llevar esa promesa a escala cotidiana aún llevará un tiempo.
Por supuesto, todo el tema de la “descoherencia” (cuando los qubits pierden ese estado frágil de superposición por culpa del ruido o cualquier cosa que los moleste) es el coco de los ingenieros cuánticos. Puedes invertir millones en hardware, pero si el café se te enfría y altera la temperatura, ya es suficiente para arruinar una muestra. Tal vez por eso las historias de laboratorio siguen siendo, en el fondo, historias de gente bastante terca metida adentro de habitaciones refrigeradas, mirando monitores llenos de datos confusos y cruzando los dedos fuerte.
Todos los sistemas informáticos se basan en una capacidad fundamental para almacenar y manipular información. Actualmente, las computadoras manipulan bits individuales, que almacenan información como 0 y 1. Las computadoras cuánticas, por otro lado, aprovechan los fenómenos mecánicos cuánticos para manipular información. Para ello, se basan en bits cuánticos o qubits.
Los qubits son generalmente electrones superconductores u otros tipos de partículas subatómicas. Hay algunas maneras de crearlos. Uno de estos métodos utiliza la superconductividad para crear y mantener un estado cuántico.
La gestión de qubits es un gran desafío científico y de ingeniería. Los qubits superconductores exigen temperaturas cercanas al cero absoluto, ya que cualquier calor puede provocar errores en el sistema. IBM, por ejemplo, se basa en múltiples capas de circuitos superconductores en un entorno controlado enfriado hasta casi el cero absoluto.
Primera computadora cuántica comercial de IBM: Q System One
En una entrevista reciente, Jeff Welser, vicepresidente y director de laboratorio de IBM Research, destacó que las computadoras cuánticas funcionarán en conjunto con las computadoras que usamos hoy.
“Las computadoras cuánticas y las computadoras clásicas trabajarán juntas en el futuro. Los procesadores cuánticos deben mantenerse cerca del cero absoluto para funcionar, y necesitamos computadoras clásicas para interactuar con los sistemas cuánticos: enviar señales a los procesadores, interpretar los resultados de estas señales, etc.”.
“Lo que podemos imaginar son computadoras clásicas aprovechando las computadoras cuánticas para tareas que son demasiado difíciles o intratables para ellas, como la simulación molecular. Así es como las computadoras cuánticas brindan una “ventaja cuántica” para ciertas tareas”, agregó.
Cuáles son los beneficios de la computadora cuántica
Incluso en sus primeras etapas, la computación cuántica ya ha despertado varias predicciones sobre el impacto que tendrá en nuestras vidas. Hay quienes consideran que aún es demasiado pronto para realizar análisis realistas. Después de todo, los teléfonos inteligentes son los dispositivos más presentes en nuestra vida diaria hoy en día, pero se usaron raramente hasta principios de este siglo.
Sin embargo, ya se han identificado varios beneficios que aportan las computadoras cuánticas. El aumento de la seguridad de los datos es uno de ellos.
Como señaló Shohini Ghose, “la incertidumbre cuántica podría usarse para crear claves privadas para cifrar los mensajes enviados de un lugar a otro para que los hackers no puedan copiar las claves privadas. Tendrían que romper las leyes de la física cuántica para “hackearla”. Los bancos y otras instituciones financieras ya están probando este “cifrado indescifrable”.
Todavía hay una gran expectativa de cómo la computación cuántica podría revolucionar la producción de medicamentos. Actualmente, describir y calcular con precisión todas las propiedades cuánticas de todos los átomos en la molécula es una tarea difícil incluso para las supercomputadoras.
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Un tercer punto destacado es la teletransportación de información de un lugar a otro sin transmitirla físicamente. ¿Cómo eso es posible?
Las identidades fluidas de las partículas cuánticas pueden quedar atrapadas en el espacio/tiempo de tal manera que cuando cambiamos algo en una partícula, puede afectar a la otra, y esto crea un canal para la teletransportación.
Inside Quantum Technology señaló qué sectores tienden a recibir más inversión en computación cuántica en los próximos años.
En la búsqueda del desarrollo de la computación cuántica, IBM permite que cualquier persona acceda a Q System One a través de la nube. “Estamos en una etapa de rápida evolución de la computación cuántica. Tiene mucho más sentido ponerlos en la nube para que podamos mantenerlos, actualizarlos y escalarlos en nuestros centros de datos cloud”, dijo Jeff Welser.
Además de IBM, la NASA y Google son otras dos grandes empresas que han invertido en computación cuántica. Todavía es pronto para decir cómo esta tecnología cambiará nuestras vidas, pero podemos decir que cosas que parecían demasiado futuristas ya están cerca de convertirse en realidad. Y hoy, IBM está al frente de esta revolución.
Mientras esperamos los próximos pasos de la computación cuántica, ya podemos mapear cómo es el proceso de compra de tecnología.
