¿Qué es la computación cuántica?

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica está siendo noticia estos días por conseguir grandes avances en su desarrollo pero, muy probablemente, te estés preguntando qué es exactamente la computación cuántica y qué representa para el futuro de la informática y los sistemas computacionales.

Una de las primeras cosas que debes olvidar para comprender la computación cuántica es el funcionamiento de los ordenadores actuales. La computación cuántica deja a un lado los sistemas lógicos empleados por los sistemas informáticos actuales y utilizan el modelo de los estados del átomo para realizar sus procesos.

Los dispositivos y ordenadores convencionales, como el que probablemente estés utilizando para leer este artículo, resumen toda la información que procesan a lenguaje binario, es decir, que solo utilizan dos estados para los datos: 0 ó 1.

Los dispositivos y ordenadores convencionales resumen toda la información que procesan a un estado binario, es decir, que solo utilizan dos estados para los datos: 0 ó 1.

Como si de un interruptor se tratara, los bits solo pueden estar encendidos o apagados. Toda la información en la computación actual se resume en una secuencia de ceros y unos, o encendido o apagado.

Los átomos tienen sus propias leyes

En cambio, los átomos tienen una curiosa cualidad, que es precisamente una de las propiedades que hacen increíble la computación cuántica. Esta cualidad es la superposición.

La superposición del átomo consiste en que un átomo puede adoptar un estado de 0 y de 1, pero además puede adoptar ambos estados al mismo tiempo. Estos ordenadores cuánticos son capaces de probar, al mismo tiempo, todas las posibilidades que existen para la solución concreta de un problema, en lugar de probar todas las posibilidades una tras otra como se realizan actualmente.

Una de las primeras cosas que debes olvidar para comprender la computación cuántica el funcionamiento de los ordenadores actuales

Este cambio en el paradigma de la computación supone un enorme salto adelante en la potencia de computación, que permitirían realizar cálculos complejos que actualmente son inalcanzables incluso para los superordenadores.

¿Cómo son de rápidos los ordenadores cuánticos?

La potencia de los ordenadores cuánticos, al igual que la de los ordenadores convencionales, se mide en unidades de procesamiento, que no son más que átomos individuales. En el caso de los ordenadores cuánticos, se mide en bits cuánticos o qubits. A mayor cantidad de qubits, más rápido funcionan.

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Los díscolos y caprichosos átomos, además de poder adoptar varios estados simultáneamente, también cuentan con otra particularidad llamada entrelazamiento atómico.

Gracias a esta particularidad, un átomo puede transmitir determinadas propiedades a otro sin que haya nada de por medio. Algo así como una telepatía entre átomos que hace que cualquier cambio en el estado de uno de los átomos entrelazados, provoque un cambio instantáneo en el otro.

Los átomos, además de poder adoptar varios estados simultáneamente, también cuentan con otra particularidad llamada entrelazamiento.

Esto, permite crear entrelazamientos cuánticos entre varios átomos de forma que permiten crear una red de átomos que funcionan de forma armónica. Podríamos decir que son como los núcleos que funcionan de forma conjunta dentro de un procesador convencional, pero a un nivel muchísimo más complejo.

Dado que un bit cuántico o qubit es capaz de procesar mucha más información que un bit, la potencia de procesado con respecto a los sistemas actuales se incrementa exponencialmente. A medida que los nuevos descubrimientos permitan crear entrelazados cuánticos con un mayor número de átomos, esta potencia aumentará sustancialmente, hasta el punto de poder resolver en segundos tareas para las que un superordenador normal tardaría años. Aunque esto sólo se aplica a ciertos cálculos.

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Sin discos duros ni monitores

En un procesador cuántico no se utilizan ni monitores, ni discos duros, ni ningún tipo de hardware tal y como lo conocemos en el ámbito de la informática actual.

Todo sucede en la unidad de procesamiento que debe permanecer en unas condiciones de absoluto aislamiento ya que los estados cuánticos del átomo son extremadamente frágiles y la superposición de los estados que se produce durante el proceso de cálculo, puede perturbarse.

La superposición de los átomos puede verse alterada ante el contacto con un campo electromagnético o la más mínima vibración o fluctuación de la temperatura.

La superposición de los átomos puede verse alterada ante el contacto con un campo electromagnético o la más mínima vibración o fluctuación de la temperatura.

Esta alteración del estado del átomo provocaría errores de cálculo. Por ese motivo, los procesadores en los que se encuentran los qubits deben enfriarse y mantenerse a cero absoluto (-273 grados Celsius).

Los estados de cada átomo se observan mediante mediciones con láser, de las que se extraen los resultados de los cálculos y se procesan con ordenadores normales.

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¿Existe ya un ordenador cuántico?

Por el momento, sólo existen ordenadores cuánticos en laboratorios e instituciones de investigación. Sin embargo, han demostrado que la tecnología funciona, aunque todavía queda un largo camino por delante ya que, para su correcto funcionamiento, los ordenadores cuánticos necesitan unas condiciones muy concretas.

Por el momento, empresas como Google, IBM, la NASA o diversos organismos científicos están desarrollando prototipos con la tecnología necesaria para conseguir que, en unos 10 años o 15 años, los ordenadores cuánticos sean una realidad cotidiana.

Prototipos como el D-Wave 2x son ejemplos tangibles de la evolución de estos sistemas computacionales pero, a su vez, sirven para tomar conciencia del largo camino que todavía queda por recorrer.

La primera versión de este prototipo funcionaba con 512 qubits y costaba alrededor de 11 millones de euros. La nueva versión de este prototipo que se dio a conocer en 2013, según aseguran sus desarrolladores, es hasta 108 millones de veces más rápido que un ordenador tradicional.

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Un salto cuántico en la velocidad

La computación cuántica lidera la ejecución de ciertas operaciones aritméticas y en aquellas en las que se producen muchas operaciones similares al mismo tiempo. Tres ejemplos:

Los ordenadores cuánticos son las herramientas ideales para trabajar con información cifrada. El sistema criptográfico RSA, que se integra en los navegadores y protege la banca online, se puede quebrar rápidamente con un ordenador cuántico potente. Un superordenador convencional tardaría incluso años.

Con ordenadores cuánticos se pueden procesar enormes cantidades de datos.

Con ordenadores cuánticos se pueden procesar enormes cantidades de datos. Una razón más de por qué las agencias de inteligencia y empresas como Google están tan interesadas en esta tecnología.

Los científicos podrían realizar simulaciones mucho más complejas con ordenadores cuánticos que con los actuales superordenadores. De este modo, calcular patrones climáticos o simulaciones moleculares se realizarían en muy poco tiempo y permitirían dar un paso de gigante en el avance de otras ramas de la ciencia.

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