Qué es la informática cuántica y cómo puede cambiar el mundo

Probablemente el término “informática cuántica” todavía no te sea muy familiar, salvo que te dediques al tema y estés al tanto de las últimas novedades. Pero si no es así, entonces este artículo te va a interesar.

¿Quieres saber qué es la informática cuántica? ¡Nosotros te lo contamos todo!

¿Qué es la informática cuántica?

Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica —la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas— para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y decoherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.

La informática cuántica Vs computación tradicional

A diferencia de la informática clásica, la cuántica se basa en propiedades físicas más complejas, esencialmente en que las partículas cuánticas pueden tener dos estados al mismo tiempo. Mientras que la informática clásica se basa en un sistema binario de ceros y unos, las partículas cuánticas pueden tener los dos estados a la vez. O lo que es lo mismo, una señal podría ser un cero y un uno al mismo tiempo, lo que amplia exponencialmente la capacidad de albergar datos en forma de bit cuántico, qubit o cúbit (en castellano).

¿Qué es un qubit?

La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el qubit en lugar del bit convencional. La principal característica de este sistema alternativo es que admite la superposición coherente de unos y ceros, los dígitos del sistema binario sobre los que gira toda la computación, a diferencia del bit, que solo puede adoptar un valor al mismo tiempo —uno o cero—.

Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.

Hace unos pocos meses, en octubre de 2019, Google sacó un comunicado oficial donde explicaba las nuevas posibilidades para esta tecnología, y donde revelaba que “A diferencia de la computación clásica, que ejecuta todo, desde su teléfono celular hasta una supercomputadora, la computación cuántica se basa en las propiedades de la mecánica cuántica.

Como resultado, las computadoras cuánticas podrían resolver problemas que serían demasiado difíciles o incluso imposibles para las computadoras clásicas, como diseñar mejores baterías, descubrir qué moléculas podrían hacer medicamentos efectivos o minimizar las emisiones de la creación de fertilizantes. También podrían ayudar a mejorar las tecnologías avanzadas existentes, como el aprendizaje automático”.

La herramienta que Google utilizó para realizar el cálculo es un dispositivo casi mítico conocido como computadora cuántica, que opera de una manera completamente diferente a las computadoras normales, pues se basa en los modos complejos en los que algunos objetos actúan a nivel subatómico.

Las computadoras tradicionales realizan cálculos procesando “bits” de información, y cada bit contiene uno de dos valores: un 1 o un 0. Una colección de ocho bits —conocida como byte— puede almacenar un solo caracter, como la letra A.

Una computadora cuántica, por otro lado, procesa bits construidos por científicos que pueden tener los valores 1 y 0 simultáneamente. Entonces, mientras que en dos bits tradicionales puede haber solo dos valores, un par de los llamados “cúbits” puede contener cuatro valores a la vez.

Además, conforme crece el número de cúbits, una computadora cuántica se vuelve exponencialmente más poderosa: tres cúbits tienen ocho valores, cuatro cúbits tienen dieciséis, y así sucesivamente. Eso hace que las supercomputadoras de hoy parezcan juguetes.

El sistema cuántico en el que lleva años trabajando Google ha sido bautizado con el nombre de Sycamore y, según el estudio publicado, tardó aproximadamente 200 segundos en ejecutar una tarea que, a la supercomputadora más avanzada del mundo le habría llevado unos 10.000 años. Es decir, el mayor hito de la historia de la computación cuántica logrado hasta el momento. Lo que se viene a denominar, explican, como «supremacía cuántica», que podría permitir que nuevos tipos de computadoras hagan cálculos a velocidades que son inconcebibles con la tecnología actual.

Según Google, la computación cuántica será un gran complemento para el trabajo que de las computadoras clásicas. Destacan la importancia de esta convivencia entre las computadoras clásicas y las cuánticas.

Según IBM, los sistemas cuánticos nunca reinarán por sobre los ordenadores clásicos, sino que trabajaran conjuntamente, aprovechando y complementando las fortalezas únicas que ambos mundos tienen.

Consecuencias de la informática cuántica en la seguridad nacional, la criptografía y otras cuestiones

Ese adelanto tecnológico tan esperado podría tener consecuencias para la seguridad nacional y la criptografía e incluso abrir el camino para la creación de nuevos medicamentos.

Como todos los adelantos tecnológicos, las máquinas cuánticas son un arma de doble filo: algún día podrían impulsar grandes avances en el campo de la inteligencia artificial, pero también podrían superar el cifrado que protege a las computadoras y es crucial para la seguridad nacional o incluso a los sitios de comercio electrónico que usamos todos los días.

Y mientras algunos científicos trabajan en el desarrollo de computadoras cuánticas, otros están ideando técnicas de seguridad que podrían frustrar sus habilidades para descifrar códigos.

La informática cuántica puede romper la seguridad de Internet y hacerlo inservible

El precio del Bitcoin se desplomó hace pocos días. Sucedió tras la publicación por parte del Financial Times de un informe de Google y la NASA en el que se afirmaba que habían logrado la supremacía cuántica. Este inquietante término, viene a querer decir que un ordenador cuántico por fin ha logrado desarrollar un cálculo que sería imposible con un ordenador tradicional.

Los ordenadores cuánticos abren poco a poco una nueva era en la computación. Los cálculos que realizan están a años luz de lo que hoy pueden alcanzar incluso los ordenadores más potentes. Esto abre las puertas a cosas sumamente positivas: como realizar simulaciones de gran exactitud de la evolución del clima, facilitar la cura de enfermedades como el cáncer y muchas otras cosas que ni tan siquiera hoy somos capaces de imaginar.

Pero lo cierto es que estos costosos ordenadores también van a proporciona un poder enorme a los que los posean. De hecho, quién logre disponer del primer ordenador cuántico que opere de forma estable, tendrá a su disposición una ventaja como la que supuso en el terreno militar la creación de la bomba atómica por Estados Unidos.

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Telecomunicaciones Seguras

Tengamos en cuenta los efectos que la computación cuántica puede tener en un terreno como el de las telecomunicaciones. Sin unas telecomunicaciones seguras, algo que nos asegura la encriptación de los datos que circulan por las redes, todo quedaría al descubierto: desde nuestros correos electrónicos hasta las cuentas bancarias. Lo que haría de Internet una herramienta de escasa utilidad.

Y aquí es dónde encontramos la clave del desplome del Bitcoin. Esta criptomoneda se basa en un gran número de códigos cifrados. Una computadora cuántica podría ser capaz de desencriptarlos en el futuro. De esa forma sería imposible que exista esta o cualquier criptomoneda.

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Por cosas así el actual Internet y otras redes peligran con la evolución de los ordenadores cuánticos.

El problema está en que el aterrizaje de la informática cuántica puede fortalecer enormemente a algunos países y empresas hasta que otros actores con menos recursos logren hacerse con la tecnología cuántica

Diferencias entre la informática cuántica y la tradicional

La computación cuántica y la tradicional son dos mundos paralelos con algunas similitudes y numerosas diferencias entre sí, como el uso del qubit frente al bit. A continuación, repasamos tres de las más relevantes:

Lenguaje de programación

La computación cuántica carece de un código propio para programar y recurre al desarrollo e implementación de algoritmos muy específicos. Sin embargo, la informática tradicional cuenta con lenguajes estandarizados como Java, SQL o Python, entre muchos otros.

Funcionalidad

Un ordenador cuántico no es una herramienta para uso popular ni cotidiano, como un ordenador personal (PC). Estas supercomputadoras son tan complejas que solo tienen cabida en el ámbito corporativo, científico y tecnológico.

Arquitectura

La composición de un ordenador cuántico es más sencilla que la de uno convencional, y no tiene memoria ni procesador. Estos equipos se limitan a un conjunto de qubits que sirven de base para su funcionamiento.

Condiciones de funcionamiento de un ordenador cuántico

Estos ordenadores son extremadamente sensibles y necesitan unas condiciones muy concretas de presión, temperatura y aislamiento para funcionar sin errores. La interacción de estas máquinas con partículas externas provoca fallos de medición y el borrado de las superposiciones de estados, de ahí que permanezcan selladas y se tengan que manejar a través de ordenadores convencionales.

Un ordenador cuántico necesita una presión atmosférica casi inexistente, una temperatura ambiente próxima al cero absoluto (-273 °C) y aislarse del campo magnético terrestre para evitar que los átomos se muevan y colisionen entre sí, o interactúen con el entorno. Además, estos sistemas funcionan durante intervalos muy cortos de tiempo, por lo que la información se termina dañando y no puede almacenarse, dificultando aún más la recuperación de los datos.

Por desgracia, los algoritmos y códigos para ordenadores clásicos no se podrían usar en ordenadores cuánticos y obtener una mejora en velocidad mágicamente: es necesario desarrollar un algoritmo cuántico (cosa no trivial) e implementarlo para poder obtener esa mejora.

Eso, de primeras, restringe mucho las aplicaciones de los ordenadores cuánticos y será un problema por resolver cuando esos sistemas estén más desarrollados.

Sin embargo, el principal problema al que se enfrenta la computación cuántica es construir los ordenadores. Comparado con un ordenador normal, un ordenador cuántico es una máquina extremadamente compleja

Además, los qubits no suelen ser estables, en el sentido de que son muy sensibles a las perturbaciones y al ruido. Esto puede llevar a errores en los cálculos.

Principales aplicaciones de la computación cuántica

La seguridad informática, la biomedicina, el desarrollo de nuevos materiales y la economía son algunos de los ámbitos que podrían vivir una gran revolución gracias a los avances en computación cuántica. Estos son algunos de sus beneficios más interesantes:

• Finanzas

Las empresas optimizarían aún más sus carteras de inversión y mejorarían los sistemas para la detección del fraude y la simulación.

• Salud

Este sector se beneficiaría en el desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos personalizados genéticamente, así como en la investigación del ADN.

• Ciberseguridad

La programación cuántica conlleva riesgos, pero también avances para la encriptación de datos, como el nuevo sistema Quantum Key Distribution (QKD). Esta nueva técnica para el envío de información sensible utiliza señales luminosas para detectar cualquier intromisión en el sistema.

• Movilidad y transporte

Compañías como Airbus utilizan la computación cuántica para diseñar aviones más eficientes. Además, los qubits permitirán avances notables en los sistemas de planificación del tráfico y la optimización de rutas.

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¿Querés saber más de la Informática Cuántica?

Próximamente ampliaremos sobre alguno de estos temas. Déjanos tus comentarios!