Lo que hay que saber
- La computación cuántica utiliza qubits que pueden representar múltiples estados a la vez, lo que permite a estas máquinas resolver problemas de forma mucho más eficiente que los ordenadores clásicos.
- Se basa en principios de la física cuántica como la superposición, el entrelazamiento y la interferencia, que permiten un procesamiento paralelo masivo.
- Las computadoras cuánticas destacan en tareas complejas como la simulación de moléculas, la optimización de la logística y el desarrollo de nuevos materiales, áreas en las que las computadoras tradicionales tienen dificultades.
- Empresas líderes como Google, IBM, Microsoft y Amazon por construir sistemas cuánticos prácticos, con hardware real ya accesible a través de la nube.
- Aunque todavía se encuentra en fase experimental, la tecnología cuántica está avanzando rápidamente y se esperan avances revolucionarios en los próximos 5-10 años.
La computación cuántica podría transformar sectores como la sanidad o la ciberseguridad; aunque nunca la utilices directamente, su impacto te afectará. Si sospechas que tu tarjeta ha sido utilizada sin tu consentimiento, ponte en contacto con tu banco.
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es una forma avanzada de computación basada en los principios de la física cuántica (la ciencia que estudia el comportamiento de partículas diminutas como los átomos). Mientras que los bits normales pueden ser 0 o 1, los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos (qubits) que pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo.
Esto permite a los ordenadores cuánticos manejar enormes cantidades de información y explorar innumerables soluciones posibles a la vez. Pueden abordar problemas en áreas como la química y la logística que a los ordenadores clásicos les llevaría millones de años resolver.
¿Qué es la computación cuántica explicada en términos sencillos?
Puede resultar difícil de entender. Intenta pensar en la computación cuántica como si se tratara de probar todas las respuestas posibles a una pregunta difícil al mismo tiempo, en lugar de una por una. Esto se consigue utilizando partículas que pueden mantener varios estados a la vez. Esto ocurre debido a una extraña propiedad de la física cuántica llamada superposición, que explicaremos con más detalle a continuación.
No es magia. Es física muy inteligente. Al aprovechar fenómenos complejos como el entrelazamiento, los ordenadores cuánticos pueden procesar datos complejos en paralelo. Esto ofrece nuevas posibilidades para resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo.
¿Cómo funciona la computación cuántica?
La computación cuántica se basa en el comportamiento extraño y sorprendentemente poderoso de partículas tan pequeñas que no se pueden ver. Para comprender realmente lo que está sucediendo, hay que profundizar en algunas ideas clave de la física cuántica. Esas reglas inusuales son las que dan ventaja a los ordenadores cuánticos, permitiéndoles abordar problemas complejos mucho más rápido que las máquinas que utilizamos hoy en día.
Superposición
Como se mencionó anteriormente, la superposición es una de las razones clave por las que los ordenadores cuánticos pueden hacer lo que hacen. Permite que un qubit esté en un estado de 0, 1 o, y aquí está el giro, tanto 0 como 1 al mismo tiempo. Un bit tradicional solo puede elegir uno, pero un qubit no tiene que elegir.
Con esa capacidad, un ordenador cuántico puede comprobar innumerables posibilidades a la vez. Imagínese trabajar en un rompecabezas enorme: un ordenador clásico prueba una pieza cada vez. Un ordenador cuántico se comporta como si probara todas las piezas en todos los lugares al mismo tiempo, convirtiendo retos enormes y que requieren mucho tiempo en algo mucho más manejable.
Comportamiento de un ordenador cuántico
Entrelazamiento
El entrelazamiento es un extraño efecto cuántico por el cual dos o más qubits se conectan de tal manera que actúan como un único sistema. Una vez conectados, permanecen conectados, sin importar la distancia que los separe, ya sea en un laboratorio o en todo el planeta. Si se cambia el estado de uno, el otro reacciona instantáneamente.
Esta conexión permite a los qubits compartir información y trabajar juntos de formas que los bits clásicos simplemente no pueden. ¿El resultado? Pueden abordar problemas mucho más rápido y de manera más eficiente, actuando menos como piezas individuales y más como partes de una máquina coordinada y potente.
Interferencia
Las computadoras cuánticas se basan en la naturaleza ondulatoria de las partículas. Al igual que las ondas pueden amplificarse o cancelarse entre sí, los estados cuánticos pueden hacer lo mismo a través de la interferencia.
La interferencia permite a los algoritmos cuánticos (proverbialmente) empujar al ordenador hacia las respuestas correctas y alejarlo de las incorrectas. Esa interferencia se puede controlar, de modo que los ordenadores cuánticos aumentan las posibilidades de que surja la solución correcta cuando se realiza la medición final.
Decoherencia
Uno de los mayores quebraderos de cabeza de la computación cuántica es lo que se conoce como decoherencia. Piensa en un estado cuántico como una pompa de jabón: hermosa, delicada y que desaparece en un instante si la tocas. Incluso el más mínimo ruido o la más mínima interferencia del mundo exterior pueden hacerla estallar.
Cuando esa burbuja estalla, la información contenida en los qubits se colapsa y todo el cálculo se desmorona. Para evitar que esto suceda, los científicos están trabajando en formas de aislar los qubits de su entorno y creando ingeniosos trucos de corrección de errores para mantenerlos estables el tiempo suficiente como para obtener una respuesta útil.
Computación cuántica frente a computación clásica
Los ordenadores clásicos son excelentes para tareas cotidianas como abrir aplicaciones, reproducir vídeos en streaming o navegar por Internet. Están diseñados para ese tipo de tareas generales y las realizan con facilidad.
Las computadoras cuánticas, por otro lado, cobran vida cuando los problemas se vuelven tremendamente complicados. Cuando hay montones de variables y un sinfín de posibilidades que analizar, pueden encontrar respuestas en una fracción del tiempo. El tipo de problemas que podrían mantener ocupada a una computadora clásica durante siglos.
Informática clásica
Las computadoras clásicas utilizan los bits de la forma tradicional. Estos son los componentes básicos habituales de la informática moderna. Como se ha mencionado anteriormente, cada bit puede estar en un estado a la vez, ya sea 0 o 1. Este sencillo sistema alimenta todo, desde tu teléfono hasta las supercomputadoras más avanzadas.
Las computadoras clásicas funcionan realizando cálculos paso a paso, siguiendo instrucciones lógicas para llegar a una respuesta. Procesan datos de forma lineal y son increíblemente fiables para tareas como hojas de cálculo e incluso juegos, gracias a este sistema de procesamiento.
Pero a medida que los problemas se vuelven más complejos, especialmente aquellos con muchas soluciones posibles, las computadoras clásicas tienen dificultades porque deben comprobar cada opción una tras otra.
Computación cuántica
Hemos explicado que los bits de los ordenadores cuánticos pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo, gracias a la superposición. Esto permite a los ordenadores cuánticos probar muchas soluciones posibles al mismo tiempo, lo que los hace ideales para ciertos tipos de problemas complejos.
Estas computadoras aprovechan la naturaleza paralela de la mecánica cuántica. Es como levantar 10 piedras al mismo tiempo para ver qué hay debajo, mientras que una computadora tradicional tiene que hacerlo de una en una.
Las computadoras cuánticas no son más rápidas para todo. Están diseñadas para complementar a las máquinas clásicas.
Dónde tienen ventaja los ordenadores cuánticos
Las computadoras cuánticas han dejado atrás la teoría y ya se están probando en situaciones reales. En ciertas situaciones, están demostrando ser mucho más adecuadas que las máquinas tradicionales.
Un área muy interesante es la simulación. Las computadoras cuánticas pueden imitar el comportamiento de los átomos y los materiales cuánticos de formas que las computadoras clásicas simplemente no pueden lograr. Eso abre la puerta a avances revolucionarios en campos como la química y la física, desde el diseño de nuevas formas de materia hasta la creación de mejores formas de almacenar energía.
La optimización es un área en la que la computación cuántica podría suponer un auténtico cambio revolucionario. Muchos retos cotidianos, desde trazar la ruta de entrega más rápida hasta equilibrar una cartera de inversiones, se reducen a examinar un sinfín de posibilidades para encontrar la mejor. Los algoritmos cuánticos pueden manejar todas esas variables al mismo tiempo y ofrecer una solución óptima en cuestión de segundos.
La ciberseguridad es otro tema importante. Un ordenador cuántico lo suficientemente potente podría descifrar el cifrado tradicional en muy poco tiempo. Pero no todo es pesimismo: la misma tecnología puede ayudar a crear una criptografía cuántica segura. Por eso, las empresas tecnológicas ya están compitiendo por implementar nuevos estándares de seguridad diseñados para la era cuántica.
Luego está la medicina. Las simulaciones cuánticas pueden modelar cómo interactúan las moléculas a un nivel increíblemente detallado, lo que ayuda a los científicos a descubrir nuevos fármacos o materiales más rápidamente. La recompensa podría ser enorme: tratamientos innovadores que lleguen a los pacientes años antes que con los métodos actuales.
¿Cómo es un ordenador cuántico?
Las computadoras cuánticas no se parecen en nada a las computadoras portátiles o servidores que utilizamos hoy en día. Por lo general, son máquinas grandes y complejas que se alojan en entornos con temperatura controlada, diseñados para mantenerlas lo más estables posible.
En el corazón de muchos sistemas cuánticos se encuentra un dispositivo cilíndrico alto llamado criostato. Esta cámara enfría elprocesadorcuántico a temperaturas cercanas al cero absoluto (más frías que el espacio exterior) porque los qubits deben funcionar en estados de energía ultrabaja para mantener el comportamiento cuántico.
Alrededor del chip cuántico hay capas de cableado, electrónica de control y ordenadores clásicos. Los sistemas clásicos ayudan a preparar y medir los estados cuánticos.
Dado que estas máquinas son grandes y delicadas, la mayoría de los usuarios acceden a ellas a través de la [nube](malwarebytes), en lugar de poseerlas u operarlas directamente. Por ahora, la computación cuántica sigue estando firmemente arraigada en el mundo de los laboratorios especializados y los servicios en la nube, y no en los ordenadores de sobremesa de los consumidores.
¿En qué punto se encuentra la tecnología de computación cuántica?
La computación cuántica no es solo un concepto teórico. Hoy en día existen ordenadores cuánticos reales. Cabe señalar que la tecnología aún se encuentra en sus primeras etapas y que probablemente aún falten varios años para que los ordenadores cuánticos sean ampliamente útiles para aplicaciones cotidianas. Un estudio de McKinsey predijo que en 2030 habrá 5000 ordenadores cuánticos en funcionamiento.
La mayoría de los ordenadores cuánticos actuales son experimentales y funcionan en laboratorios de investigación especializados. Estos primeros sistemas suelen tener solo unos pocos cientos de qubits. Requieren entornos extremos para funcionar y deben mantenerse a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto. No espere encontrarlos en las tiendas en un futuro próximo.
Uno de los mayores retos es la corrección de errores. Como se ha explicado anteriormente, los qubits son extremadamente sensibles al ruido y a las interferencias, por lo que los ordenadores cuánticos actuales siguen teniendo problemas de fiabilidad y escala.
En 2019, Google anunció que había alcanzado la supremacía cuántica, lo que significa que su ordenador cuántico resolvió un problema más rápido que cualquier ordenador clásico conocido. Aunque ese problema específico no era práctico, demostró lo que es posible.
A corto plazo, se espera que la computación cuántica aporte valor mediante enfoques híbridos. Esto significa que los ordenadores cuánticos podrían ayudar a los clásicos en problemas específicos, como la optimización de reacciones químicas o la simulación de sistemas cuánticos.
El progreso es constante y es probable que los ordenadores cuánticos se generalicen en la próxima década. Podríamos asistir a nuevos avances en términos de fiabilidad, lo que aceleraría drásticamente la computación cuántica.
Empresas líderes en computación cuántica
La computación cuántica es una de las fronteras más emocionantes de la tecnología. Esto ha llevado a algunas de las empresas más importantes del mundo a competir por liderar este campo. Muchas organizaciones están invirtiendo miles de millones en la construcción de los primeros ordenadores cuánticos prácticos a gran escala.
Cada empresa tiene su propio enfoque para resolver los retos cuánticos, utilizando diferentes estrategias de hardware y software. Algunas empresas están construyendo sus propios procesadores cuánticos, pero otras se centran en servicios en la nube que permiten a los investigadores y desarrolladores acceder a máquinas cuánticas de forma remota. Es probable que toda esta inversión acelere el desarrollo.
Google y el chip Willow
Ya hemos explicado cómo Google afirmó haber alcanzado la supremacía cuántica utilizando su chip Sycamore, resolviendo en 200 segundos un problema que a un superordenador le habría llevado miles de años. Desde entonces, Google ha estado trabajando en la construcción de un ordenador cuántico tolerante a fallos que pueda manejar problemas del mundo real. Su objetivo actual es lograr un ordenador cuántico útil y con corrección de errores para 2029.
El último chip cuántico de Google se llama Willow. Willow mejora los diseños anteriores con un mejor rendimiento de los qubits y una corrección de errores más sólida. Forma parte del ambicioso plan de Google para ampliar el hardware cuántico a los miles o millones de qubits necesarios para obtener una ventaja cuántica práctica, es decir, el punto en el que un ordenador cuántico es capaz de resolver un problema más rápido o de forma más eficiente que un ordenador clásico.
Google también colabora activamente con socios académicos y pone a disposición del público algunas de sus herramientas cuánticas. Esto tiene el potencial de ampliar el ecosistema cuántico en general.
IBM y los qubits superconductores
IBM es una de las empresas más consolidadas en el ámbito de la computación cuántica. Lleva décadas trabajando en tecnología cuántica y fue una de las primeras en ofrecer acceso a ordenadores cuánticos basados en la nube a través de su plataforma IBM Quantum.
El enfoque de IBM se basa en los qubits superconductores, que son circuitos enfriados hasta casi el cero absoluto para mostrar un comportamiento cuántico. La hoja de ruta cuántica de la empresa incluye un plan para pasar de los dispositivos actuales a sistemas de 2000 qubits, con el próximo gran chip llamado Blue Jay. Se espera que esté operativo en 2029.
Las empresas asociadas ya pueden realizar experimentos y aplicaciones cuánticas en hardware real de IBM a través de la nube. IBM también participa activamente en el desarrollo de software cuántico, contribuyendo al crecimiento de un conjunto de herramientas y plataformas de código abierto como Qiskit.
Microsoft y Azure Quantum
Microsoft está adoptando un enfoque único en materia de computación cuántica. La empresa se está centrando tanto en la innovación en hardware como en la creación de una pila de software cuántico integral. Azure Quantum es su plataforma en la nube. Permite a los usuarios ejecutar algoritmos cuánticos en diversos tipos de hardware gracias a colaboraciones con múltiples empresas cuánticas.
En lugar de construir un solo tipo de ordenador cuántico, Microsoft ofrece a los desarrolladores acceso a máquinas de empresas como IonQ, Quantinuum y Rigetti. Esto se hace a través de la interfaz en la nube de Azure.
Microsoft también está realizando importantes inversiones en qubits topológicos. Se trata de un enfoque novedoso que algún día podría dar lugar a ordenadores cuánticos más estables y resistentes a los errores. Esta tecnología aún se encuentra en fase de desarrollo, pero la sólida estrategia de Microsoft, centrada en el software, y sus herramientas híbridas cuánticas-clásicas la convierten en un actor clave a la hora de ayudar a las empresas a explorar el potencial cuántico.
Azure Quantum también proporciona potentes herramientas para el desarrollo de algoritmos cuánticos. Esto podría facilitar a los científicos y desarrolladores la escritura de código que, en última instancia, podría ejecutarse en el futuro hardware cuántico.
Amazon Braket
La entrada Amazonen la computación cuántica está disponible a través de su plataforma en la nube AWS. Amazon ofrece a los usuarios la posibilidad de probar algoritmos cuánticos en hardware cuántico real de múltiples socios, sin tener que construir sus propios ordenadores cuánticos.
A través de Braket, los usuarios pueden realizar simulaciones y experimentos en hardware de empresas como IonQ y Oxford Quantum Circuits. Esto permite a los investigadores y desarrolladores explorar las posibilidades cuánticas en la actualidad.
El objetivo Amazones fomentar la innovación y la experimentación, al tiempo que proporciona herramientas fáciles de usar para los desarrolladores con el fin de apoyar el emergente ecosistema cuántico. Amazon también Amazon que el acceso en la nube a diversos tipos de hardware acelerará el progreso en el campo cuántico.
Startups y laboratorios de investigación destacados
Algunas de las innovaciones más emocionantes en computación cuántica provienen de startups y laboratorios de investigación de todo el mundo.
- Rigetti. Pionero en sistemas de qubits superconductores. Rigetti ofrece computación cuántica basada en la nube y está desarrollando chips cada vez más potentes.
- IonQ. Utiliza tecnología de iones atrapados. Esto ofrece una alta precisión y largos tiempos de coherencia. IonQ ya es un socio clave para plataformas en la nube como AWS y Azure.
- Xanadu. Se especializa en computación cuántica fotónica, que utiliza luz en lugar de metales sobreenfriados. Esto ofrece potencialmente soluciones cuánticas más escalables y a temperatura ambiente.
Muchas universidades y laboratorios nacionales (entre ellos el MIT y Caltech) están realizando sus propias contribuciones a la ciencia cuántica. Las universidades suelen colaborar estrechamente tanto con las grandes empresas tecnológicas como con las startups.
¿Qué es posible hoy en día con los ordenadores cuánticos?
Las computadoras cuánticas actuales aún se encuentran en una fase experimental temprana. Todavía no están preparadas para sustituir a las computadoras clásicas ni para abordar los mayores problemas del mundo. Sin embargo, ya se están utilizando para la investigación y para experimentos de prueba de concepto.
Los servicios basados en la nube mencionados anteriormente proporcionan a los investigadores y desarrolladores acceso a procesadores cuánticos reales para probar nuevos algoritmos cuánticos y explorar las posibilidades de los sistemas cuánticos.
Hasta ahora, los ordenadores cuánticos se han utilizado para:
- Simular moléculas pequeñas y reacciones químicas.
- Explora nuevos materiales a nivel cuántico.
- Optimizar pequeños problemas logísticos
- Estudiar otros fenómenos cuánticos como el entrelazamiento y la interferencia.
- Investigación avanzada en criptografía cuántica
Las máquinas actuales siguen teniendo limitaciones en cuanto a tamaño y fiabilidad. A menudo solo pueden manejar unos pocos cientos de qubits con índices de error relativamente altos. Esto significa que aún no pueden superar a los superordenadores clásicos en la mayoría de las tareas del mundo real. Por ahora, los ordenadores cuánticos son principalmente una herramienta de investigación.
¿Qué vendrá después?
Los próximos años traerán consigo importantes avances en la informática cuántica. Las empresas y los investigadores se están centrando en varias áreas clave. Uno de los grandes retos es aumentar el número de qubits fiables sin perder calidad. Las empresas están trabajando para ampliar sus procesadores cuánticos de cientos a miles (y, en última instancia, a millones) de qubits.
Los investigadores están desarrollando nuevas técnicas para abordar el problema de la estabilidad. Un avance clave se producirá cuando dispongamos de una forma mejor de estabilizar los qubits y corregir los errores automáticamente durante los cálculos.
La mayoría de los expertos predicen que, en un plazo de entre 5 y 10 años, comenzaremos a ver ventajas cuánticas prácticas, en las que los ordenadores cuánticos superarán a los clásicos en aplicaciones específicas y valiosas.
A medida que mejore el hardware, los ordenadores cuánticos comenzarán a aportar valor real en sectores como:
- Productos farmacéuticos. Simulación de moléculas para diseñar nuevos fármacos.
- Ciencia de los materiales. Descubriendo nuevos materiales con propiedades únicas.
- Finanzas. Optimización de estrategias de inversión y análisis de riesgos.
- Logística. Resolución de problemas complejos de rutas y cadena de suministro.
Retos y limitaciones
A pesar de su potencial, los ordenadores cuánticos se enfrentan hoy en día a importantes retos y limitaciones.
Como se ha comentado, los qubits son frágiles y propensos a errores, un problema conocido como decoherencia. Esto dificulta la realización de cálculos largos y fiables.
Los sistemas necesitan aislamiento contra vibraciones y blindaje electromagnético. La construcción y el mantenimiento de estos sistemas son complejos y costosos. No es algo que se pueda ampliar fácilmente.
En términos de potencia bruta, las máquinas cuánticas actuales siguen siendo limitadas. Para tareas cotidianas como el procesamiento de textos o las hojas de cálculo, un ordenador portátil normal es mucho más práctico. Los ordenadores cuánticos no están diseñados para sustituir a los dispositivos tradicionales en las tareas cotidianas, y probablemente nunca lo harán.
Superar estos retos llevará años de investigación, pero las posibles recompensas hacen que merezca la pena participar en esta carrera.
Por qué es importante para ti
La computación cuántica no es solo ciencia teórica o grandes empresas tecnológicas compitiendo por aparecer en los titulares. Es una tecnología que podría transformar silenciosamente el mundo que te rodea. El futuro de la computación cuántica afectará a todo el mundo.
Ya hemos mencionado brevemente que la computación cuántica podría ayudar a descubrir nuevos medicamentos y tratamientos para enfermedades más rápido que nunca. Los investigadores pueden predecir cómo interactuarán los nuevos medicamentos con el cuerpo humano examinándolos y simulándolos a nivel cuántico. Esto tiene el potencial de acelerar los ensayos clínicos y reducir los costos. Esto podría conducir a avances en el tratamiento de enfermedades que han sido un problema a lo largo de la historia de la humanidad.
También es prometedor para resolver complejos retos energéticos y climáticos. Las simulaciones cuánticas podrían ayudarnos a diseñar mejores baterías y mejorar la eficiencia de las células solares. También permite a los científicos modelar sistemas climáticos a gran escala con mayor precisión y podría abrir nuevas puertas. Estas podrían ser nuevas y potentes herramientas en la lucha contra el cambio climático.
Otra área en la que la computación cuántica tendrá un impacto directo en tu vida es la ciberseguridad. Muchos de los métodos de cifrado más utilizados hoy en día. Estos son los algoritmos que protegen tus cuentas bancarias, mensajes personales y datos. Se basan en problemas matemáticos que los ordenadores clásicos tienen dificultades para resolver.
Un ordenador cuántico lo suficientemente potente podría descifrar estos códigos en cuestión de minutos. Por eso, los investigadores se apresuran ahora a desarrollar un cifrado cuántico seguro que pueda resistir las capacidades de las futuras máquinas cuánticas.
Al mismo tiempo, la computación cuántica también puede permitir formas más sólidas de cifrado. Técnicas como la distribución cuántica de claves (QKD) podrían hacer posible la creación de canales de comunicación que sean prácticamente imposibles de piratear según las hipótesis actuales y garantizar la privacidad de los datos confidenciales durante las próximas décadas.
En las manos adecuadas, la computación cuántica nos hace más seguros. En las manos equivocadas, podría suponer un grave peligro.
Aunque nunca utilices directamente un ordenador cuántico, las industrias de las que dependes se verán afectadas por sus capacidades. En resumen: la computación cuántica podría remodelar los cimientos del mundo digital con el que interactúas a diario.
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