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El desarrollo de la computación cuántica

El desarrollo de la computación cuántica

La computación cuántica es la rama de la informática que trata de aplicar los principios de la física homónima, que se encarga del estudio de las partículas atómicas y subatómicas.

El objetivo, sería alumbrar una nueva generación de supercoomputadoras que sean capaces de hacer operaciones vedadas a los ordenadores actuales, así como de trabajar a velocidades infinitamente mayores.

De hecho, ya se ha demostrado que los ordenadores cuánticos pueden realizar en minutos determinados cálculos complejos que a las computadoras normales les llevarían millones de años.

Para ello, la computación cuántica explota las potencialidades que ofrecen sus unidades de información conocidas como qubits o cúbits, al igual que también se sirve de la posibilidad de aplicar nuevos algoritmos mucho más complejos.

Así, los ordenadores cuánticos permitirían realizar operaciones imposibles hasta ahora, procesar de manera mucho más rápida volúmenes  ingentes  de datos y evadir los problemas que tiene la computación tradicional a la hora de programar en escalas nanométricas.

La sustantiva diferencia entre el cúbit y el bit

Si en la informática clásica la unidad de medida básica

es el bit, en la computación cuántica este papel corresponde al

cúbit, cuya principal cualidad distintiva con respecto al primero es que permite suporponer unos y ceros, pudiendo hacerlo además en proporción variable. Esto se traduce en que un ordenador cuántico con unos pocos cúbits es capaz de efectuar billones de operaciones por segundo, superando con mucho al sistema binario tradicional más potente que se haya podido desarrollar.

En la actualidad, diversos proyectos gubernamentales, científicos y corporativos ya han desarrollado varias modalidades de ordenadores cuánticos, que pueden incorporar cúbits creados con tecnologías distintas, y que en todos los casos implementan algoritmos específicos, ante la imposibilidad de aplicar los códigos de programación valederos para los ordenadores clásicos.

Paradójicamente, aunque estemos hablando de ordenadores mucho más complejos su arquitectura es más simple que la de las computadoras convencionales, al estar compuestos meramente de un conjunto de cúbits, que son el sustento de toda su capacidad operativa, al carecer tanto de procesadores como de memorias.

Problemas de los ordenadores cuánticos

Actualmente, los diversos proyectos de investigación en marcha dentro de esta rama tratan de solucionar distintas problemáticas que afectan a los ordenadores cuánticos.

Un primer aspecto a resolver es el alto porcentaje de errores que cometen las computadoras, que se caracterizan por su hipersensibilidad a las condiciones de aislamiento, presión y temperatura, así como por su complicada interacción con partículas externas, lo que hace que se produzcan borrados en los cúbits y errores en las mediciones. Y muy recurrentemente, que haya fenómenos de lo que se denomina como decoherencia cuántica, que se da cuando un sistema entrelazado regido por principios cuánticos degenera a un estado físico clásico no entrelazado.

Además, el hecho de que las computadoras cuánticas tengan que operar en condiciones de aislamiento hermético provoca que para poder funcionar dependan en último término de la asistencia de sistemas tradicionales.

Las aplicaciones de la informática cuántica

Con todo, cuando se terminen de resolver los problemas que afectan a los sistemas con esta tecnología el horizonte de aplicaciones es inmenso, pudiendo servir por ejemplo para impulsar en biomedicina todo lo que tenga que ver con la investigación del ADN, para poder desarrollar desde medicamentos para enfermedades que actualmente no tienen cura, hasta tratamientos que estén personalizados genéticamente.

Además, los sistemas cuánticos pueden acelerar todo el proceso de creación de los medicamentos, una posibilidad que compañías farmacéuticas como Merck ya están explorando con proyectos como la  Quantum Computing Task Force (QCTF). 

Igualmente el modelaje de interacciones moleculares muy complejas, vedadas a los ordenadores tradicionales, puede servir de base para el desarrollo de nuevos fertilizantes agrícolas, que permitan aumentar la producción de alimentos para una población que no cesa de incrementarse en el planeta, o para introducir nuevos componentes químicos que sean menos lesivos para el medio ambiente.

Asimismo, las mayores capacidades identificativas de los ordenadores cuánticos abren la puerta a la detección de materiales superconductores, esto es que propicien una transmisión energética sin pérdidas.

También, la potencia  de los cúbits para el procesamiento de información allana el camino al desarrollo de nuevos sistemas más eficaces en múltiples campos, que van desde el abastecimiento energético hasta la optimización del tráfico o el cálculo de rutas de flotas

Sistemas cuánticos de ciberseguridad

La ciberseguridad es otro ámbito en el que la computación cuántica puede jugar un papel muy relevante, al permitir desarrollar nuevos modelos de protección con innovaciones en un área tan fundamental como el cifrado de datos.

De hecho, ya se han probado sistemas cuánticos de cifrado como el Quantum Key Distribution, que habilita a dos partes para  la producción y transmisión simétricas de claves secretas aleatorias, abriendo nuevos horizontes para la protección de información.

La lucha por la ‘hegemonía cuántica’

Todas estas posibilidades de aplicación en una amplísima variedad de ámbitos han provocado que se desate una auténtica lucha por la ‘hegemonía cuántica’, que involucra tanto a gobiernos como a las compañías tecnológicas más importantes.

A finales 2019 Google parecía llevar la delantera al conseguir el hito de obtener un procesador cuántico, el Sycamore, capaz de operar con 54 cúbits, y que demostró poder resolver en 200 segundos un problema de generación números pseudoaleatorios, que al ordenador binario más potente que exista actualmente le hubiese llevado miles de años.

Pero un año más tarde, en diciembre de 2020, un grupo de investigadores chinos comandados por Jian-Wei Pan publicaba en Science un artículo científico sujeto a la revisión por pares que acreditaba que su procesador superconductor Zuchongzhi resolvió en unos 180 segundos una cuestión que a la mejor computadora de bits le habría supuesto 600 millones de años.

Y hace tan solo unos meses, en noviembre de 2021, IBM,una de las compañías precursoras de la informática clásica, anunció la creación de  Eagle, un procesador cuántico de 127 cúbits, teniendo también previsto

lanzar para finales de 2023 Condor, dotado nada menos que con 1.121 cúbits.

Un científico murciano en plena carrera cuántica

En pleno corazón de este sueño cuántico se encuentra un investigador murciano de 46 años, Darío Gil, que dirige nada menos que IBM Research, el principal departamento de investigación de la compañía, para el que trabajan más de 3.000 investigadores repartidos por todos los continentes, enfocados tanto en la computación cuántica como en otras tecnologías innovadoras como las de Inteligencia Artificial.

En lo que respecta a la carrera cuántica, hay que señalar que el último gran hito por el momento lo ha conseguido Microsoft, al lograr desarrollar un tipo de cúbit con propiedades especiales a partir de unas cuasipartículas que hasta ahora solo habían sido concebidas teóricamente, y que al ser más estables minimizan los errores de cálculo, el gran lastre de la computación cuántica.

Con los nuevos cúbits de Microsoft, se pueden llegar a obtenerporcentajes de acierto de hasta el 99%, que suponen un auténtico salto adelante para los ordenadores cuánticos, aunque todavía sigan siendo guarismos demasiado altos.

Con todo, según los especialistas esta nuevo tipo de cúbit desarrollado por Microsoft permitiría la implementación de una computación cuántica con corrección de errores nativa, algo esencial para que esta nueva generación de superodenadores pueda ser plenamente operativa pronto.

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