Los aislamientos impuestos durante la pandemia por los distintos gobiernos para prevenir los contagios impulsaron procesos globales de digitalización. Si bien estos desarrollos ya estaban instalados, las empresas, organizaciones y corporaciones internacionales tuvieron que adoptarlos de forma acelerada y masiva. Sin embargo, es posible que en pocos años vuelvan a modificar sus operaciones debido a un nuevo avance de la humanidad: la computación cuántica.
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es una rama de la informática que utiliza los principios de la mecánica cuántica para procesar información de manera radicalmente diferente a las computadoras tradicionales.
En lugar de usar bits clásicos, que solo pueden representar 0 o 1, la computación cuántica utiliza qubits, que pueden representar simultáneamente múltiples estados gracias a la superposición cuántica. Además, los qubits pueden estar entrelazados, lo que significa que el estado de uno puede estar intrínsecamente relacionado con el estado de otro, incluso si están separados por grandes distancias. Estas características permiten realizar cálculos y resolver problemas de manera mucho más eficiente en ciertos casos, especialmente en tareas que involucran un gran número de cálculos o análisis complejos.
En 1936, Alan Turing sentó las bases para los algoritmos y las computadoras modernas. Las máquinas han evolucionado enormemente desde entonces, resolviendo problemas matemáticos en segundos que llevarían horas o días a un humano. Sin embargo, todavía tienen limitaciones y pueden tardar décadas en resolver desafíos muy complejos en física, química o biología. Para superar estas limitaciones, los expertos han encontrado una solución en la computación cuántica.
IBM desarrolló el computador cuántico más avanzado del mundo en 2021, según su programa IBM Quantum Computing. Además, empresas como Intel están innovando con desarrollos como Tunnel Falls, un chip diseñado para potenciar la computación cuántica. Esta tecnología aprovecha las leyes de la mecánica cuántica para resolver problemas demasiado complejos para las computadoras tradicionales.
¿Cuáles son los beneficios de la computación cuántica?
- Mayor velocidad de procesamiento: Un computador cuántico con 30 qubits puede procesar 10 mil millones de operaciones por segundo.
- Resolución de problemas complejos: Permite modelar comportamientos moleculares, optimizar rutas logísticas y analizar grandes bases de datos.
- Avances en criptografía y seguridad: Proporciona métodos más robustos de protección de datos.
- Optimización industrial: Empresas como Mercedes-Benz utilizan la computación cuántica para diseñar baterías más eficientes.
Historia y evolución de la computación cuántica
La computación cuántica tiene sus raíces en las investigaciones de Paul Benioff en 1981, quien propuso la idea de aplicar las leyes de la mecánica cuántica a la informática. En paralelo, científicos como Richard Feynman y Yuri Manin desarrollaron prototipos que hoy son considerados como las primeras computadoras cuánticas.
La mecánica cuántica, descubierta entre 1900 y 1925, revolucionó disciplinas como la química y la física, estableciendo las bases para la creación de tecnologías modernas como los chips informáticos y la iluminación LED.
¿Qué son los qubits?
Los qubits, o bits cuánticos, son las unidades mínimas de información en la computación cuántica. A diferencia de los bits clásicos, que solo pueden representar 0 o 1, los qubits pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo gracias a la superposición cuántica.
Por ejemplo, en un sistema tradicional, tres bits pueden generar ocho combinaciones diferentes, pero solo se utiliza una a la vez. En cambio, un computador cuántico puede procesar las ocho combinaciones simultáneamente, reduciendo drásticamente el tiempo de cálculo.
Comparación entre bits y qubits
| Característica | Bits (Computación clásica) | Qubits (Computación cuántica) |
|---|---|---|
| Estado | 0 o 1 | Superposición de 0 y 1 |
| Capacidad de procesamiento | Un estado por operación | Múltiples estados simultáneamente |
| Aplicaciones | Procesos lineales y básicos | Problemas complejos y simulaciones avanzadas |
| Ejemplo | Procesamiento secuencial de datos | Modelación molecular en química |
Retos de la computación cuántica
- Corrección de errores: Los qubits son extremadamente sensibles al ruido ambiental, lo que puede afectar la precisión de los cálculos.
- Escalabilidad: Incrementar el número de qubits sin perder estabilidad es un desafío técnico.
- Costo: Actualmente, las computadoras cuánticas tienen un alto costo de fabricación y operación.
- Decoherencia: La pérdida de información cuántica es un fenómeno común que requiere métodos avanzados de mitigación, como se detalla en el artículo Hacia una mejor comprensión de la decoherencia desde una perspectiva general de Sebastián Fortin
| Desafío | Descripción | Solución Propuesta |
|---|---|---|
| Corrección de errores | Decoherencia y pérdida de información | Códigos de corrección de errores cuánticos |
| Escalabilidad | Ampliar el número de qubits sin perder estabilidad | Nuevos diseños de hardware y materiales avanzados |
| Costo | Altos costos de fabricación y operación | Colaboraciones público-privadas para reducir gastos |
| Programación cuántica | Falta de herramientas y lenguajes especializados | Desarrollo de software y frameworks intuitivos |
Aplicaciones prácticas de la computación cuántica
- Ciencia y tecnología: La Organización Europea para la Investigación Nuclear utiliza computación cuántica para modelar leyes físicas complejas.
- Optimización logística: Mejora las cadenas de suministro globales al calcular rutas más eficientes.
- Sostenibilidad: Empresas como ExxonMobil y proyectos apoyados por el BID sobre computación cuántica utilizan esta tecnología para reducir emisiones en el transporte de gas. Conoce más sobre cómo puede aplicarse la computación cuántica en Latinoamérica.
| Industria | Aplicación | Beneficio |
|---|---|---|
| Logística | Optimización de rutas | Reducción de costos y tiempo |
| Biotecnología | Modelado de proteínas | Descubrimiento de medicamentos más rápido |
| Finanzas | Análisis de riesgos | Decisiones de inversión más precisas |
| Criptografía | Seguridad de datos | Protección contra ciberataques avanzados |
Futuro de la computación cuántica
Se espera que para 2030, las computadoras cuánticas sean más accesibles para las empresas, aumentando su impacto en áreas como la inteligencia artificial, la biotecnología y las finanzas. Además, la investigación avanza hacia la creación de unidades mínimas de información más avanzadas, conocidas como cúdits, que operarán en más de dos dimensiones.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Por qué es importante la computación cuántica?
Permite resolver problemas complejos de manera exponencialmente más rápida, con aplicaciones en múltiples industrias.
¿Qué empresas lideran este campo?
Empresas como IBM, Google Quantum AI y D-Wave Systems son pioneras en computación cuántica.
¿Qué diferencia a un qubit de un bit clásico?
Los qubits pueden representar múltiples estados al mismo tiempo, mientras que los bits clásicos solo representan 0 o 1.
¿Cuándo será accesible la computación cuántica?
Se prevé que sea más accesible para empresas y universidades antes de 2030.
Por Agustín Jamele
