¿Qué es un ordenador cuántico? Características y funcionamiento

Un ordenador cuántico es aquel que se sirve de la mecánica cuántica para poder aumentar su poder de procesamiento al utilizar cúbits en vez de bits clásicos. Estos buscan superar en potencia a los superordenadores más poderosos de la actualidad, ya que los cúbits pueden generar más datos y probabilidades utilizando menos energía que los bits clásicos.

A pesar de los avances en la computación cuántica, esta aún se trata de una tecnología netamente experimental. Sin embargo, algunas empresas están invirtiendo en el desarrollo de un ordenador cuántico estable y funcional, con la expectativa de que impulse avances tecnológicos en varios campos de la ciencia. La lectura de este artículo dará más detalles sobre estos computadores que buscan desplazar a los actuales, que ya son llamados clásicos.

Cómo funciona

El secreto del funcionamiento de un ordenador de este tipo radica en la superposición cuántica. Como verás, los ordenadores tradicionales funcionan a base de bits. Estos bits tienen 2 estados netamente diferenciados, el cual es el llamado sistema binario: ceros (0) y unos (1). Es una larga cadena de ceros y unos para interpretar cualquier impulso eléctrico de una computadora, así pues, un bit puede estar en cero o en uno, nunca en los 2 estados simultáneamente.

Superposición cuántica

En el caso de un ordenador cuántico, los bits no funcionan de esta forma, sino que pueden verse en sus 2 estados simultáneamente: encendido y apagado. A esto se le llama superposición cuántica. Esta superposición ocurre gracias a que el proceso no sucede de forma mecánica, sino más bien, obedeciendo las leyes de la física cuántica.

Aplicando estas leyes en la informática, implica un mayor poder de procesamiento y resolución de problemas a velocidades máximas. Todo ello en paralelo con miles de soluciones para cada una de las variables planteadas. Como mencionamos anteriormente, los "bits"  utilizados en estas máquinas son llamados qubits o cúbits. Aunque sus propiedades son binarias, no están sometidos a un solo estado, es decir, un cúbit puede estar encendido y apagado al mismo tiempo.

Incluso, los cúbits pueden estar en estados intermedios entre el 0 y el 1, los cuales son infinitos. Es decir, pueden estar en mitades de ceros y de unos. También, pueden estar en tres cuartos de un 0 y un cuarto de un 1. Esta propiedad es superposición cuántica pura.

Entrelazamiento cuántico

ordenador cuántico

El entrelazamiento cuántico se da cuando se generan pares de cúbits, los cuales están algo "enredados" entre sí. Esto significa que el par de cúbits existen solo en un único estado a nivel cuántico. Si se cambia el estado de un cúbit, automáticamente cambia el estado del otro. Esto ocurrirá de esta forma así estén entrelazados a una gran distancia.

Sin embargo, nadie sabe a ciencia cierta cómo funciona este entrelazamiento. Incluso, aún sin conocerse, es clave para que un ordenador cuántico funcione. Así pues, sin esta propiedad, el poder de procesamiento de estos ordenadores sería nulo. En la computación clásica, al duplicar el número de bits, se duplica el poder de procesamiento, mientras que en la computación cuántica, cuando se duplican los cúbits, el poder de procesamiento crece exponencialmente.

Por esta razón, se aprovechan estos cúbits entrelazados en una especie de cadena. Es en esta disposición que estos elementos hacen su "magia". Es por ello que la capacidad de acelerar cálculos utilizando los algoritmos de origen cuántico están específicamente diseñados por este tipo de organización de cúbits. Así pues, el potencial para las aplicaciones en ciertos campos de la ciencia, es muy alto si se tiene un ordenador cuántico trabajando en ello.

Incoherencia o decoherencia cuántica

Uno de los factores clave para que los cúbits puedan operar y hacer cálculos, es debido a la interacción con su entorno. Por ello, muchas veces  su comportamiento cuántico tiende a decaer, hasta el punto de desaparecer. A este fenómeno se le llama incoherencia cuántica. Debes saber que el estado cuántico de estos elementos es frágil y un cambio mínimo en la temperatura o en su vibración hacen que los cúbits decaigan.

Estas perturbaciones son conocidas como "ruidos", y con decaimiento nos referimos a lo que sucede cuando los cúbits salen de su estado de superposición antes de realizar su tarea. Es por ello que un ordenador cuántico debe estar totalmente aislado de factores ambientales como la humedad, vibraciones exteriores, cambios de temperatura, entre otros. Una de las soluciones que se han encontrado para aislarlos, es construirlos dentro de refrigeradores y cámaras de vacío.

Usos

Un ordenador cuántico es el máximo exponente de tecnología de punta. Por ello, entre sus aplicaciones está la simulación del comportamiento de la materia a niveles moleculares. Además, en el campo de la automovilística, grandes empresas fabricantes utilizan la computación cuántica para buscar mejoras en el rendimiento de las baterías para autos eléctricos. Todo ello con base en la simulación de computadoras cuánticas.

Igualmente, esta tecnología es utilizada en el campo de la farmacia para simular y analizar los compuestos químicos que se utilizarían en la creación y desarrollo de nuevos medicamentos, más potentes, eficientes y sin efectos secundarios. Otro de los campos de aplicación, es en la optimización. La potencia de estas máquinas permite analizar múltiples variables y así arrojar infinidad de soluciones.

La inteligencia artificial (IA) es otra de las aplicaciones más beneficiadas con un ordenador cuántico. Aplicarla en ella supone mejoras a niveles insospechados. Pero todo ello alcanzará un grado pleno de desarrollo en las décadas siguientes, ya que a día de hoy, masificar este tipo de ordenadores es todavía inviable e insostenible.

En cuanto a los servicios financieros, se está experimentando con un ordenador cuántico para desarrollar mejores modelos financieros, los cuales son bastante complejos. Estos modelos mejorarán la gestión de riesgos dentro de una empresa o compañía financiera. De esta manera, ayudaría con encontrar múltiples soluciones al tener riesgos clave y también, para modelar más datos financieros relevantes.

Ventajas y desventajas

ordenador cuántico

Como sucede con todo desarrollo tecnológico experimental, un ordenador cuántico tiene sus pro y sus contras que debes saber en todo momento.

Ventajas

  • Se pueden desarrollar multitud de aplicaciones en paralelo.
  • Puede hacer millones de cálculos ilimitados y simultáneamente gracias a la superposición cuántica.
  • En la vida real, un ordenador cuántico tiene muchas aplicaciones, sobre todo en la medicina.
  • Es vital para la búsqueda y desarrollo de nuevas fuentes de energías limpias y renovables.
  • Es una tecnología clave para el machine learnig y para el desarrollo de la inteligencia artificial.
  • Gracias a su potencia de procesamiento casi ilimitada, un ordenador cuántico es clave para optimizar búsquedas y para obtener soluciones de cálculo casi instantáneamente.

Desventajas

  • A día de hoy, tiene grandes dificultades a nivel técnico, ya que se necesitan grandes cantidades de cúbits para procesar y corregir errores.
  • No tiene un hardware adecuado para tanto poder de procesamiento. El sistema debe ser estable y para ello, se debe aumentar el número de cúbits.
  • No son aplicables para los usuarios comunes. Es decir, no sabrán qué hacer con un ordenador cuántico.
  • Es una tecnología experimental y hasta ahora, es inviable para su masificación. Muchos ordenadores estándar resuelven la mayoría de los problemas con mayor eficiencia.
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