La ventaja cuántica viene siendo el hito por el que está trabajando vehementemente el campo de la computación cuántica, donde una computadora cuántica tiene la capacidad de poder resolver problemas que están más allá del alcance de las computadoras clásicas o no cuánticas más poderosas.
Para ser más precisos, lo cuántico se refiere a la escala de átomos y moléculas donde las leyes de la física tal como las experimentamos se descomponen y se aplica un conjunto de leyes diferente y contraintuitivo. Las computadoras cuánticas aprovechan estos comportamientos extraños para poder resolver problemas. Vale la pena señalar que existen algunos tipos de problemas que no son prácticos de resolver para las computadoras clásicas, como descifrar algoritmos de cifrado de última generación. Las investigaciones de las últimas décadas han demostrado que las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver algunos de estos problemas. Por lo tanto, si se puede construir una computadora cuántica que verdaderamente resuelva uno de estos problemas, habrá demostrado una ventaja cuántica.
Esta frontera de innovación científica y tecnológica no sólo promete avances revolucionarios en computación, sino que incluso, representa un aumento más amplio en la tecnología cuántica, incluidos avances significativos en criptografía y detección cuánticas.
Fuente del poder de la computación cuántica
Es importante señalar que un elemento central de la computación cuántica es el bit cuántico o qubit. A diferencia de los bits clásicos, que solo tienen la posibilidad de estar en estados de 0 o 1, un qubit puede estar en cualquier estado que sea una combinación de 0 y 1. Este estado de ni solo 1 ni solo 0 se conoce como “superposición cuántica”. Con cada qubit adicional, se duplica el número de estados que tienen la posibilidad de ser representados por los qubits.
Esta propiedad frecuentemente se confunde con la fuente del poder de la computación cuántica. Más bien, todo se reduce a una intrincada interacción de superposición, interferencia y entrelazamiento.
Por un lado, la interferencia implica manipular qubits para que sus estados se combinen de forma constructiva durante los cálculos para amplificar las soluciones correctas y de manera destructiva para suprimir las respuestas incorrectas. La interferencia constructiva es lo que ocurre cuando los picos de dos ondas (como las ondas sonoras o las del océano) se combinan para crear un pico más alto. La interferencia destructiva es lo que sucede cuando un pico de onda y un valle de onda se combinan y se anulan entre sí. Los algoritmos cuánticos, que son pocos y difíciles de idear, consiguen establecer una secuencia de patrones de interferencia que producen la respuesta correcta a un problema.
Mientras que, en el caso del entrelazamiento establece una correlación cuántica única entre qubits: el estado de uno no puede describirse independientemente de los demás, sin importar qué tan separados estén los qubits. Esto es lo que Albert Einstein descartó como “acción espeluznante a distancia”. Es de acotar que el comportamiento colectivo del entrelazamiento, orquestado mediante una computadora cuántica, logra permitir aceleraciones computacionales que se encuentran fuera del alcance de las computadoras clásicas.
Esto es lo que hay que conocer en cuanto a las aplicaciones de la computación cuántica
Vale la pena mencionar que la computación cuántica posee una variedad de usos potenciales en los que tiene la capacidad de poder superar a las computadoras clásicas. En criptografía, las computadoras cuánticas simbolizan tanto una oportunidad como también un desafío. Lo más afamado es que poseen el potencial de descifrar los algoritmos de cifrado actuales, como el esquema RSA, ampliamente utilizado.
Es necesario resaltar que una consecuencia de esto es que los protocolos de cifrado actuales deben rediseñarse para que sean resistentes a futuros ataques cuánticos. Este reconocimiento ha dado lugar al próspero campo de la criptografía poscuántica. Luego de un largo proceso, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología seleccionó recientemente 4 algoritmos resistentes a los cuánticos y comenzó el proceso de prepararlos para que organizaciones de todo el mundo tengan la posibilidad de usarlos en su tecnología de cifrado.
Además, hay que acotar que la computación cuántica tiene la capacidad de acelerar drásticamente la simulación cuántica: la capacidad de predecir el resultado de experimentos que operan en el ámbito cuántico. El afamado físico Richard Feynman imaginó esta posibilidad hace más de 40 años. La simulación cuántica ofrece potencial para avances considerables en química y ciencia de materiales, ayudando en áreas como el modelado complejo de estructuras moleculares para el descubrimiento de fármacos y permitiendo el descubrimiento o incluso, la creación de materiales con propiedades novedosas.
Ahora bien, otro uso de la tecnología de la información cuántica es la detección cuántica: detectar y medir propiedades físicas como energía electromagnética, gravedad, así como presión y temperatura con mayor sensibilidad y precisión que los instrumentos no cuánticos. La detección cuántica cuenta con incontables aplicaciones en campos como el monitoreo ambiental, la exploración geológica, así como también las imágenes médicas y la vigilancia.
Cabe destacar que iniciativas como el desarrollo de una Internet cuántica que interconecte las computadoras cuánticas son pasos realmente cruciales para unir los mundos de la computación clásica y cuántica. Esta red podría protegerse a través de protocolos criptográficos cuánticos, como la distribución de claves cuánticas.
A pesar del progresivo conjunto de aplicaciones para la computación cuántica, el desarrollo de nuevos algoritmos que aprovechen al máximo la ventaja cuántica (en particular en el aprendizaje automático) continúa siendo un área crítica de investigación en curso.
Conservar la coherencia y superar los errores
Por si no lo sabía, el campo de la computación cuántica enfrenta importantes obstáculos en el desarrollo de hardware y software. Las computadoras cuánticas son muy sensibles a cualquier interacción involuntaria con su entorno. Esto lleva al fenómeno de la decoherencia, donde los qubits se degradan rápidamente a los estados 0 o 1 de los bits clásicos.
Para poder construir sistemas de computación cuántica a gran escala capaces de cumplir la promesa de aceleraciones cuánticas es necesario superar la decoherencia. La clave es desarrollar métodos poderosos y eficaces para suprimir y corregir errores cuánticos.
Es crucial señalar que al afrontar estos desafíos, han surgido cuantiosas empresas emergentes de hardware y software cuántico junto con actores bien establecidos de la industria tecnológica como Google e IBM. Este interés de la industria, mezclado con importantes inversiones de gobiernos de todo el mundo, recalca un reconocimiento colectivo del potencial transformador de la tecnología cuántica. Estas iniciativas logran fomentar un rico ecosistema donde la academia y la industria colaboran, acelerando así, el progreso en el campo.
La ventaja cuántica
La computación cuántica en algún momento puede ser tan disruptiva como la llegada de la Inteligencia Artificial Generativa. Actualmente, el desarrollo de la tecnología de computación cuántica se encuentra en un momento crucial. Por un lado, este campo ya ha mostrado signos tempranos de haber logrado una ventaja cuántica estrechamente especializada. Investigadores de Google y más tarde un equipo de investigadores en China consiguieron demostrar una ventaja cuántica para generar una lista de números aleatorios con ciertas propiedades.
Aunque hay que mencionar que, por otro lado, existe un riesgo tangible de entrar en un “invierno cuántico”, un período de reducción de la inversión si los resultados prácticos no se materializan en el corto plazo.
Finalmente, vale la pena destacar que aunque la industria de la tecnología se encuentra trabajando para ofrecer una ventaja cuántica en productos y servicios en el corto plazo, la investigación académica continúa centrada en investigar los principios fundamentales que sustentan esta nueva ciencia y tecnología. lo cierto es que todo parece indicar que el campo seguirá progresando.
