¿Quieres saber qué es y para qué se usa un ordenador cuántico? Aunque los ordenadores cuánticos no reemplazarán a los dispositivos tradicionales a corto plazo, su potencial es impresionante.
Si bien los ordenadores normales son ideales para las tareas cotidianas, los ordenadores cuánticos impulsarán avances tecnológicos en campos como la ciencia de materiales y la investigación farmacéutica.
Por eso, en este artículo, de Tecnoguía te explica en qué consisten estos sistemas, cómo funcionan y cuál es su utilidad.
¿Qué es un ordenador cuántico?
Un ordenador cuántico representa una variante de la computación que se apoya en los principios de la mecánica cuántica para impulsar la capacidad de procesamiento. En contraste con los ordenadores convencionales, los ordenadores cuánticos se basan en qubits, también conocidos como bits cuánticos, que poseen la singular propiedad de poder existir en estados superpuestos simultáneamente.
Estos qubits son partículas subatómicas, como electrones o fotones. Los ordenadores cuánticos aprovechan fenómenos cuánticos, tales como la superposición y el entrelazamiento, para llevar a cabo cálculos y operaciones sobre datos.
Esta capacidad les permite generar y manipular una multiplicidad de qubits, lo que aporta un potencial considerable para el procesamiento de información a escalas hasta ahora inalcanzables
Cómo funciona un ordenador cuántico
Para entender mejor cómo funcionan los ordenadores cuánticos, es necesario conocer algunos términos y procesos. Para ello en este apartado te comentamos conceptos claves para entender el funcionamiento del ordenador cuántico.
¿Qué es un qubit?
Un qubit, o bit cuántico, es una unidad fundamental en el ordenador cuántico, en contraste con los bits utilizados en los ordenadores tradicionales. Mientras que los bits convencionales representan ceros y unos mediante pulsos eléctricos u ópticos, los qubits se basan en partículas subatómicas como electrones o fotones.
La característica distintiva de los qubits es su propiedad cuántica de superposición, lo que permite que un conjunto de qubits proporcione un poder de procesamiento significativamente mayor que la misma cantidad de bits binarios.
Además, el fenómeno del entrelazamiento cuántico es otra propiedad clave que otorga a los qubits una ventaja cuántica única en términos de procesamiento y resolución de problemas complejos.
¿Qué es la superposición cuántica?
Otro concepto para entender el funcionamiento del ordenador cuántico es la superposición cuántica. En el contexto de la computación cuántica, los qubits pueden asumir múltiples estados simultáneamente. Esta propiedad única permite que un qubit exista en una combinación de unos y ceros, conocida como superposición.
Para lograr la superposición cuántica, los investigadores emplean técnicas de manipulación precisa, como láseres de alta precisión o haces de microondas, sobre los qubits. Esto provoca que los qubits se encuentren en una superposición de estados, lo que implica que pueden representar diferentes resultados posibles al mismo tiempo.
Esta característica revolucionaria permite a los ordenadores cuánticos realizar cálculos en paralelo, abordando múltiples escenarios simultáneamente. Como resultado, la capacidad de un ordenador cuántico para resolver problemas se magnifica en comparación con su contraparte clásica.
¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
El entrelazamiento cuántico es un pilar en la mecánica cuántica, vinculando qubits de forma íntima para lograr transmisión y procesamiento de información eficiente y no local. Cuando partículas cuánticas se entrelazan, cambios en el estado de una afectan instantáneamente a otras, sin importar la distancia.
Esto posibilita compartir datos sin comunicación física, creando estados más ricos que bits clásicos y permitiendo operaciones lógicas simultáneas entre qubits. En seguridad de comunicaciones, puede usarse para generar y distribuir claves secretas, salvaguardando la información.
El entrelazamiento cuántico es esencial para un ordenador cuántico, potenciando su capacidad y transformando la forma en que se procesa y comparte información.
Interferencia cuántica
La interferencia cuántica es un concepto esencial en la manipulación de qubits, aprovechando la superposición para mejorar cálculos. Se refiere a la combinación de ondas que genera una nueva onda según su fase, ya sea constructiva (amplitud aumenta) o destructiva (amplitud disminuye).
Este fenómeno se aplica a qubits en superposición, considerados como ondas con probabilidades de ser 1 o 0. Combinar qubits en este estado permite favorecer soluciones correctas y suprimir incorrectas, por ejemplo, al buscar valores óptimos en una función.
Así, la interferencia cuántica amplifica probabilidades de resultados deseables y reduce las de subóptimos, mejorando la precisión y eficiencia de cómputos cuánticos.
La fragilidad cuántica
La fragilidad cuántica se refiere a la pérdida de coherencia cuántica, o decoherencia, que resulta de la interacción de los qubits con su entorno. Estos qubits son altamente sensibles y cualquier perturbación, como vibraciones o cambios de temperatura, llamados “ruidos” en términos cuánticos, puede afectar su estado de superposición.
Para contrarrestarlo, los ordenadores cuánticos requieren aislamiento total mediante refrigeración y vacío, aunque esto no es perfecto y genera errores en los cálculos. Algoritmos cuánticos inteligentes y qubits adicionales mitigarían algunos errores, pero se necesitarían miles de qubits estándar para lograr un “qubit lógico” fiable al 100%.
Esto, sin embargo, limitaría la potencia de cómputo total. Actualmente, la limitación de crear entornos con más de 128 qubits estándar hace que alcanzar un qubit lógico sea un desafío. Se estima que conseguirlo podría tardar décadas.
Paralelismo cuántico
Este concepto se relaciona con la correlación y el entrelazado cuántico que ocurre cuando dos qubits están involucrados. El término hace referencia a la posibilidad de realizar operaciones en paralelo, lo que permite que múltiples operaciones se realicen simultáneamente.
El paralelismo cuántico da lugar a operaciones exponenciales de cálculo, lo que requiere un aumento significativo en la potencia de procesamiento. Esto puede complicar el resultado y definición de las operaciones, ya que la complejidad aumenta considerablemente.
¿Cuál es la utilidad de la computación cuántica?
Un ordenador cuántico representa una herramienta de gran poder para abordar problemas complejos o intratables para los sistemas clásicos. Sus posibles aplicaciones son diversas:
- Simulación cuántica: Estos sistemas pueden simular entidades físicas complejas regidas por la mecánica cuántica, como átomos, moléculas o partículas. Implicaría avances en campos como química, física, biología y medicina, posibilitando la creación de materiales, medicamentos y procesos innovadores.
- Criptografía cuántica: Los ordenadores cuánticos pueden establecer y descifrar sistemas de encriptación basados en principios cuánticos, como el algoritmo de Shor o el protocolo BB84. Esto podría elevar la seguridad en comunicaciones e información, pero también plantearía desafíos para sistemas actuales basados en factorización o logaritmos discretos.
- Optimización cuántica: Tareas de optimización combinatoria, como el problema del viajante o de la mochila, pueden resolverse de manera óptima o aproximada. Esto tendría aplicaciones en logística, planificación, aprendizaje automático e inteligencia artificial.
- Aprendizaje cuántico: Algoritmos de aprendizaje automático, como Grover o HHL, aprovecharán ventajas cuánticas, mejorando tareas como reconocimiento de patrones, clasificación, regresión y procesamiento del lenguaje natural, optimizando rendimiento y eficiencia.
Esperamos que este artículo sobre qué es y para qué se usa un ordenador cuántico te sea de utilidad para estar al tanto de los avances tecnológicos del momento y utilidades para el campo científico.
