¿Qué es y cómo funciona la computación cuántica?

¿Qué es y cómo funciona la computación cuántica?

La computación cuántica puede definirse como aquel tipo de computación que emplea las propiedades de la mecánica cuántica de las partículas elementales, como - por ejemplo - los fotones, para transferir, procesar y almacenar la información.

En la computación tradicional, utilizamos el sistema binario o el sistema de series de unos y ceros (1 y 0), cuya unidad de medida llamamos bit, es decir, la forma en que almacenamos los datos en los ordenadores o computadoras. En la computación cuántica, en vez de usarse el sistema binario de unos y ceros - o bits - se emplea el bit cuántico - o cúbit -. El cúbit recurre a las extraordinarias propiedades, si no es que mágicas, de las partículas subatómicas.

En el mundo cuántico, los electrones o los fotones pueden presentar dos estados simultáneamente, fenómeno que los físicos denominan superposición. Es como si un circuito pudiera estar abierto y cerrado al mismo tiempo, o como sucede con el famoso gato de Schrödinger, que puede estar vivo y muerto al mismo tiempo. Como consecuencia de ese doble estado simultáneo, o estado ambiguo, un ordenador o computadora basada en cúbits podrá hacer un número mucho mayor de cálculos y a mayor velocidad que un ordenador o computadora tradicional.

Por ejemplo, si tenemos un ordenador o computadora de 2 cúbits y le agregamos otros dos cúbits, el poder de procesamiento no se duplica simple y llanamente para convertirse en una computadora de 4 cúbits, sino que este se incrementa de manera exponencial, como lo hace una bacteria cuando se reproduce.

Hay otro fenómeno de la física cuántica llamado entrelazamiento. Este fenómeno acaece cuando dos partículas están conectadas a tal punto que lo que sucede con una inmediatamente afecta a la otra, sin importar lo grande que sea la distancia que las separa. Por ejemplo, si una partícula - hipotéticamente - se encontrara en China y la otra en Argentina, una de ellas podría afectar a la otra a miles de kilómetros de distancia. De hecho, el entrelazamiento cuántico ya dejó de ser sólo un experimento de laboratorio en los últimos años. El récord de entrelazamiento cuántico en la actualidad es de 1.200 kilómetros gracias al satélite chino Micius en 2017, que logró transmitir tres fotones entrelazados cuánticamente a tres estaciones ubicadas en la Tierra. El récord anterior era de 100 kilómetros.

Una de las dificultades relacionadas con esta tecnología radica en que los cúbits son tremendamente inestables y tienen la propensión a sufrir interferencias de otras formas de energía. Además, la miniaturización de los componentes es un gran problema en razón de que se necesita un enorme sistema de refrigeración para que los cúbits se mantengan a una temperatura muy cercana a los cero grados centígrados y de esa manera lograr que conserven un estado útil. Otro problema es la decoherencia, un tipo de falla donde los cúbits pierden su ambigüedad (su "doble estado a la vez") y se transforman en simples unos y ceros de la computación convencional.

No obstante, ya se han logrado avances y la prestigiosa empresa IBM prevé, sin atisbo de duda, que los cúbits superconductores de tipo transmón son los cúbits más prometedores en el campo de la computación cuántica. De hecho, IBM posee tres prototipos de procesadores cuánticos a los que personas comunes y corrientes, como usted o como yo, pueden acceder en la nube.

La tecnología de la computación cuántica se encuentra, actualmente, en una fase de experimentación. Se han logrado avances pequeños, pero no hay duda de que en unos años se habrá dado un salto cuántico en este respecto.

Entre las aplicaciones de la computadora cuántica se encuentran el aprendizaje de las máquinas por medio de la inteligencia artificial, la optimización del manejo de datos, las simulaciones biomédicas, e igualmente la industria financiera, la industria química, la ciencia de los materiales, etc., se verán beneficiadas.

El gato de Schrödinger. La superposición cuántica, o la capacidad de tener dos estados a la vez: vivo y muerto.

Entrelazamiento cuántico: comunicación e interacción de dos partículas que están muy alejadas una de la otra.