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Si por circunstancias de la vida nos encontráramos un día paseando por la bella ciudad de Zúrich, probablemente no
pasaríamos por la poco concurrida calle de Huttenstrasse. Posiblemente, tampoco repararíamos en la casa situada en
el número 9 y su jardín. Y solo tal vez, nos �jaríamos en la pequeña e�gie de un gato que puede encontrarse en su
interior. Pero de lo que, casi con total certeza, no nos percataríamos es de que este gato cambia su posición en el
jardín cada día.
En esta dirección vivió el afamado físico Erwin
Schrödinger, conocido por sus aportaciones a la física
cuántica. Y este gato, cuya posición el visitante
desconoce hasta que observa el jardín, es una referencia
a su famoso experimento mental, que hoy recordamos
como el “Gato de Schrödinger”.
En la cultura popular, este experimento nos muestra los
misteriosos funcionamientos de la física cuántica,
mediante los cuales un gato encerrado en una caja
puede estar vivo y muerto al mismo tiempo, y su estado
concreto no se de�ne hasta que alguien abre la caja y
observa al gato. Aunque el propio Schrödinger ideó este
experimento como una demostración del absurdo que
suponía llevar al extremo las teorías de física cuántica
que se estaban desarrollando en su época, la realidad
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De Desconocido –
http://www.turingarchive.org/viewer/
experimental nos ha indicado que este tipo de
situaciones pueden ser reales, aunque sus detalles son
de una complejidad mayor que la presentada habitualmente en los medios generalistas.
El descubrimiento de la física cuántica y las leyes por las que se rige han supuesto una evolución cientí�ca considerable
durante el último siglo, y a día de hoy están marcando el camino hacia un nuevo modelo de computación y de diseño
de algoritmos: la computación cuántica, que también tiene su aplicación en el campo de la Inteligencia Arti�cial.
¿Qué es la computación cuántica?
Prácticamente todos los sistemas de computación de los que disponemos
hoy día son equivalentes al modelo teórico ideado por Alan Turing en 1936,
hoy conocido como la “máquina de Turing”. Y aunque, hasta la fecha, la
e�ciencia y velocidad de cálculo de los computadores ha crecido
exponencialmente, esencialmente podemos programar en ellos los mismos
algoritmos que en aquellas primeras computadoras. ¿Por qué? El motivo es
que, aunque contamos con chips que son millones de veces más potentes
que los contenidos en las primeras computadoras, las operaciones básicas
que pueden realizar son exactamente las mismas.
La computación cuántica supone un avance cualitativo en esta dirección. En
lugar de realizar operaciones a través de las piezas básicas de la computación
estándar, los transistores, en computación cuántica se realizan
manipulaciones sobre partículas como electrones o iones, de forma que
podamos explotar las propiedades de la física cuántica. Esta clase de
operaciones sobre elementos cuánticos aporta dos ventajas signi�cativas
sobre la computación clásica: una mayor diversidad de algoritmos y la
paralelización exponencial.
Mayor diversidad de algoritmos
Se sabe que, de entre todos los algoritmos que pueden existir, conocidos o por descubrir, una gran mayoría no puede
implementarse en un computador clásico. Esto es debido a las limitaciones de las operaciones básicas que maneja:
datos en forma de ceros y unos y operaciones lógicas como AND, OR,etc.
Un computador cuántico, en cambio, basa sus
operaciones en números reales (números con cifras
decimales), y puede realizar operaciones más complejas
con ellos, disponiendo así de una “caja de herramientas”
mayor para el diseño de algoritmos. La investigación de
algoritmos que solo puedan implementarse en un
computador cuántico es un campo de investigación muy
activo en la actualidad.
Paralelización exponencial: qubits en
computación cuántica
Así como el gato de Schrödinger puede estar vivo y
muerto al mismo tiempo, una imagen habitual que se da
sobre los ordenadores cuánticos es que contienen
qubits, en lugar de bits. A diferencia de los bits, los qubits pueden estar en estado 0 y 1 al mismo tiempo, no
de�niéndose concretamente como 0 ó 1 hasta que son observados. Este tipo de estados inde�nidos se conocen como
estados en superposición.
En mayor rigor, un qubit se constituye de dos números reales que indican las probabilidades de que, al leer el valor del
qubit, este se muestre como 0 ó 1. Pero el factor clave es que, mientras el qubit permanece sin ser observado, pueden
realizarse diversas operaciones simultáneamente sobre los dos números reales que lo componen.
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Este fenómeno escala de forma exponencial al considerar conjuntos de más de un qubit, permitiendo representar y
operar al mismo tiempo más datos a medida que crecen los qubits. Se trata del fenómeno conocido como
entrelazamiento.
Número de qubits Datos representables
1 2
2 4
3 8
4 16
5 32
…  …
127 36893488147419103232
Algunos algoritmos de computación cuántica aprovechan este fenómeno para representar y procesar en paralelo
gran cantidad de soluciones posibles a un mismo problema, permitiendo así encontrar la solución correcta de forma
mucho más e�ciente que en un computador clásico.
Los usos de la computación cuántica
Ya existen algoritmos de computación cuántica que desde el punto de vista teórico han demostrado su ventaja sobre
los algoritmos clásicos. El algoritmo de Shor es capaz de descifrar de forma e�ciente un mensaje encriptado con el
estándar SSH, de uso común en internet, convirtiendo así los sistemas criptográ�cos actuales en poco prácticos.
Por otra parte, el algoritmo de Grover es capaz de encontrar la solución a un problema de búsqueda en un conjunto
de datos desordenado de una forma mucho más e�ciente que los algoritmos existentes. Y también se cuenta con
algoritmos que permiten transmitir información entre qubits entrelazados, aunque estos estén separados y a gran
distancia uno del otro, logrando así nuevas formas de comunicación segura.
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Igualmente, el campo de la inteligencia arti�cial (/inteligencia-arti�cial) y el aprendizaje automático no es ajeno a esta
revolución computacional. Existen investigaciones en curso sobre algoritmos que permitan realizar de manera más
e�ciente los cálculos requeridos para el entrenamiento de un modelo, así como nuevos algoritmos de aprendizaje
que hagan uso de las propiedades especí�cas de la computación cuántica.
Hoy en día contamos también con proveedores cloud que ofrecen servicios de computación cuántica, permitiéndonos
diseñar nuestros algoritmos cuánticos en local y ejecutarlos bajo demanda en un computador cuántico accesible a
través de una API.
Pero, si la computación cuántica parece superior a la tradicional y ya contamos con computadores cuánticos
disponibles, ¿por qué no los estamos utilizando ya?
Límites actuales y futuro de la computación cuántica
Aunque los computadores cuánticos existentes hoy en día son el resultado de un gran esfuerzo de ingeniería y de
superación de retos técnicos, aún queda un largo camino por recorrer para permitir su uso práctico.
Los computadores cuánticos actuales cuentan con un número reducido de qubits y solo son capaces de mantener las
propiedades de superposición y entrelazamiento durante un periodo de tiempo muy reducido. Esto conlleva que, en la
actualidad, solo es posible aplicar algoritmos de computación cuántica sencillos a conjuntos de datos muy
reducidos, no aportando ventajas sobre la computación clásica.
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No obstante, diferentes proveedores de computación
cuántica estiman que esta realidad podría cambiar en un
horizonte de unos 5 a 10 años, cuando puedan crear
computadores de 1 millón de qubits que incorporen
algoritmos de autocorrección de errores. Es en este punto
cuando la computación cuántica podrá incorporarse como
un elemento de valor para los proyectos de negocio,
produciendo soluciones más e�cientes que las
actualmente existentes, o creando soluciones
completamente nuevas para problemas aún no resueltos.
Entre las actividades de investigación del Instituto de
Ingeniería del Conocimiento (IIC) contamos con una línea de
observación de los avances en la computación cuántica,
con el �n de poder incorporar esta tecnología a nuestros servicios en cuanto aporte ventajas de negocio.
Si estás interesado en saber más sobre computación cuántica, puedes ver nuestro webinar para Spain AI sobre
Computación Cuántica.
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