Innovación

Computación cuántica ‘para dummies’: pasado, presente y futuro

Google podría lanzar el ordenador cuántico más potente del mundo en 2017

Te explicamos, en lenguaje sencillo pero sin olvidar ningún detalle técnico, en qué consiste y cuáles son las posibilidades de la computación cuántica.

En los últimos tiempos hemos asistido al auge sin parangón de la computación cuántica. O, dicho de otro modo, desarrollar la informática moderna a partir de los principios de la física cuántica: la capacidad de procesamiento se rige por las leyes de la física cuántica, lo que supone un máximo nivel de procesamiento si se encontrara en los diversos estados y la posibilidad de realizar tareas con todas las permutaciones de forma simultánea.

Recapitulemos un poco: la computación clásica se basa en los principios del álgebra de Boole o booleana. Esta estructura esquematiza las operaciones lógicas AND, OR, NOT, IF (Y, O, NO y SI), al igual que las operaciones unión, intersección y complemento. El procesamiento de los datos a través de la informática clásica debe hacerse siempre en un estado binario (o bits). Generalmente, el tiempo que cada condensador u transistor emplea para cambiar de estado puede variar entre 0 o 1, e incluso ahora esto se puede medir en milmillonésimas de segundos, pero sigue existiendo un límite respecto a la rapidez de este proceso. Todo ello nos lleva a que, al mismo tiempo que se logran circuitos de menor tamaño (que a su vez resultan mucho más veloces) se comienzan a vislumbrar los límites físicos de los materiales.

Ahí es donde entra en juego la informática cuántica, ideada ya en la década de 1980. Su inventor fue el Premio Nobel de Física Richard Feynman, quien aseguraba que los sistemas cuánticos serían imposibles de incorporar en un ordenador clásico ya que podían tener múltiples estados a la vez. Y es que, un ordenador cuántico ciertas partículas esenciales como fotones o electrones que se pueden emplear al máximo con su carga o por polarización como representación de 0 y/o 1. Estas partículas son lo que se conoce como bit cuántico o cubit. Su origen y comportamiento de las mismas constituyen la base de la informática cuántica.

Este modelo representa un salto exponencial respecto a la computación clásica. Un procesador actual funciona a unos 10 teraflops (unidad de medida que equivale a un billón de operaciones de cálculo por segundo) y esta marca puede ser alcanzada con un computador cuántico de sólo 30 qubits.

Los principios físicos de la computación cuántica

Por debajo de todos estos logros, quizás complejos de comprender en una lectura diametral, nos encontramos con dos principios físicos básicos que explican el enorme potencial de la computación cuántica: la superposición y el entrelazamiento.

  • Superposición: Visualicemos un cubit como un electrón dentro de un campo magnético. Cuando el espín del mismo se encuentra alineado con el campo, se le denomina espín acelerado, pero si por el contrario está en oposición al campo toma el nombre de espín desacelerado. Según la ley cuántica, la partícula se encuentra en una superposición de estados, es decir, es como si estuviera en ambos estados a la misma vez, pudiendo entonces el cubit alcanzar valores tanto de 0 como de 1.
  • Entrelazamiento: Las partículas que en algún momento han interactuado siguen en una especie de conexión, lo que permite que posteriormente se entrelacen entre sí y en pares, conociéndose este proceso como correlación. Esto permite saber que si el espín de una partícula que está entrelazada es acelerado o desacelerado, el de su compañero estará en la dirección opuesta. El entrelazamiento cuántico brinda la posibilidad de que los cubits que están separados por grandes distancias interactúen de manera instantánea, sin importar qué tan lejos se encuentren.

Ambos aspectos (superposición y entrelazamiento) representan una gran mejora en el potenciamiento informático, ya que en un registro de 2 bits de un ordenador clásico solo es posible almacenar una de las cuatro configuraciones binarias (siendo estas 00, 01, 10 o 11). Sin embargo, un registro de 2 cubits de un ordenador con informática cuántica almacena cuatro dígitos de manera simultánea ya que cada uno representa dos valores. Es decir: se obtiene el doble de almacenamiento… y si se incluyen más cubits la capacidad se puede incrementar de manera exponencial.

Casos de uso

Este incremento de la capacidad de procesamiento abre todo un nuevo universo de posibilidades en muy distintos verticales y ámbitos de uso. Es el caso del manejo de datos cifrados, que requieren una amplia y rápida gestión en tiempo real. También en el desarrollo de la inteligencia artificial, con algoritmos más y más potentes que trabajen con cantidades mucho mayores de datos para facilitar la toma de decisiones de las compañías y organismos públicos.

A estos casos de uso debemos incorporar algunas utilidades propias de la supercomputación, como la investigación científica (física, médica, química o farmacéutica), la anticipación de desastres naturales (como terremotos, tsunamis o erupciones volcánicas), el análisis de riesgos financieros o la monitorización y operación de flotas logísticas a escala mundial.

Presente y futuro

El potencial de la computación cuántica ya está siendo explotando por algunas de las principales compañías del planeta. Por ejemplo, en la última edición de CeBIT 2017 pudimos conocer aplicaciones para que la computación cuántica pueda hacer los cálculos suficientes para acabar con los atascos de las mayores urbes en el mundo. De hecho, el fabricante alemán Volkswagen y la startup D-Wave Systems ya crearon y probaron con éxito en Pekín un algoritmo que permite la optimización del flujo de tránsito rodado.

Por su parte, IBM anunció que próximamente iniciará la construcción de un computador cuántico universal que promete superar tanto en capacidad de cálculo como en velocidad a los superordenadores que ya se encuentran en la actualidad.

Sobre el autor de este artículo

Alberto Iglesias Fraga

Periodista especializado en tecnología e innovación que ha dejado su impronta en medios como TICbeat, El Mundo, ComputerWorld, CIO España, Kelisto, Todrone, Movilonia, iPhonizate o el blog Think Big de Telefónica, entre otros. También ha sido consultor de comunicación en Indie PR. Ganador del XVI Premio Accenture de Periodismo y Finalista en los European Digital Mindset Awards 2016.

  • Shumaro

    Creo que hay alguna imprecisión en lo que comentas: con dos qbits, obtienes 9 estados distintos 3^2 en vez de 4 (2^2) cuando se trata de bits, y efectivamente según aumentas la potencia la diferencia se hace cada vez mas exponencial