Seguramente muchas veces te hayas preguntado ¿Qué es la computación cuántica?, hoy vamos a profundizar un poco en ella. Antes de explicar la computación cuántica vamos a hacer un repaso de cómo funciona la computación clásica. La computación clásica tiene como base de información el bit, el cual tiene dos estados distintos (0 ó 1), y gracias a esta unidad vamos a poder trabajar con puertas lógicas (AND, OR y NOT). Si juntamos n bits podremos realizar operaciones y representar números; pero tenemos un inconveniente, solo podemos representar 2n estados distintos, y si quisiéramos modificar x bits, deberíamos realizar al menos “x” operaciones sobre estos para lograrlo, y en el caso de la computación cuántica, podemos representar más que 2n estados cuánticos, donde n son qubits. Hay que tener en cuenta que un qubit NO solo vale 1 ó 0 como un bit normal, sino que pueden ser muchos 1 y pocos 0, y las probabilidades que tenía de salir se pierden porque al medirlo ya lo hemos modificado.
El paradigma de la computación cuántica apareció a principios de la década de 1980, cuando el físico Paul Benioff propuso un modelo cuántico de la máquina de Turing. La computación cuántica está basada en qubits (en español, cúbits), gracias a esta nueva unidad de información han aparecido nuevas puertas lógicas, las cuales hacen posibles nuevos algoritmos, y a su vez, pueden resolver problemas muy complejos, que en un ordenador clásico tardaría muchísimos años, o incluso no podría llegar a resolverlos.
Para entender algo mejor el tema de la eficiencia, vamos a explicarla junto con un ejemplo. Si nos encontramos en Manhattan y queremos buscar la mejor ruta para llegar a Washington y tenemos un millón de opciones para llegar (N = 1.000.000). Mientras que un ordenador de hoy en día necesitaría analizar cada uno de los caminos posibles, un ordenador cuántico podría analizarlos todos a la vez. Esto se debe a que un ordenador clásico tiene un orden de complejidad de N/2, es decir, realizaría 500.000 intentos, mientras que un ordenador cuántico tiene un orden de complejidad de , por lo tanto, realizaría solo 1.000 intentos.
Diferencia entre un ordenador cuántico y un ordenador clásico.
¿Para qué queremos un ordenador cuántico? ¿Qué es lo que puede hacer un ordenador cuántico que no pueda hacer uno clásico? La gran diferencia entre ellos es que el ordenador cuántico es capaz de factorizar grandes números, como por ejemplo números de 500 dígitos. Pero… ¿para qué queremos factorizar un número? Solo es una diferencia, pero gracias a la factorización con un ordenador cuántico, haciendo uso del algoritmo Shor (1994), se podría descodificar el algoritmo RSA, el cual se utiliza actualmente para cifrar y proteger datos en Internet. Por lo tanto, si se lograra crear un ordenador cuántico eficiente (con suficientes cúbits), todos los datos del mundo estarían en peligro, ya que se lograría desencriptar los algoritmos de seguridad RSA, lo que supondría un problema para la seguridad de todo el mundo.
Otro algoritmo que se podría desarrollar sería el temple cuántico (1989), el cual ayudaría a la inteligencia artificial y al aprendizaje automático, por ejemplo, si pudiéramos aplicar el temple cuántico para calcular la tasa de error de una red neuronal, podríamos configurar la red neuronal para que sea lo más eficiente posible gracias al valor mínimo obtenido.
Esto ha sido una breve descripción de la diferencia de un ordenador cuántico respecto a un ordenador clásico, pero como se suele decir, “Más vale una imagen, que mil palabras”, os dejamos un video de una conferencia de Tanisha Bassan, una desarrolladora de Quantum Computing, en la XXXII reunión del Future Trends Forum, donde habla sobre la computación cuántica.
Un claro ejemplo que expone Tanisha Bassan para entender la diferencia de estos ordenadores en esta conferencia es el siguiente:
“Imaginen que hay una biblioteca repleta de millones y millones de libros que son cantidades de conocimientos ingentes. Cojo un libro y escojo una página, que contiene información que quiero recuperar. Si le pido esto a un ordenador tradicional que encuentre la “X”, ese ordenador clásico o supercomputador podría tardar la longitud del universo, porque tendría que mirar cada una de las páginas de cada libro, una a una. Sin embargo, un ordenador cuántico podría entrar en la misma biblioteca y mirar todas y cada una de las páginas de todos y cada uno de los libros a la vez y encontrar la información o la “X” en una fracción de tiempo”.
Actualidad
Para lograr crear un ordenador cuántico que genere una gran cantidad de cúbits se necesita muchísima tecnología, y aún no se ha conseguido construir este tipo de ordenadores. Google e IBM han llegado a conseguir una versión de ordenador cuántico, pero solo funcionan con unos pocos cúbits, es decir, no se ha obtenido aún la eficiencia esperada. El ordenador cuántico de IBM, con 20 cúbits, solo podría aplicarse el algoritmo de Shor a números menores de 1.048.576, y Google anunció el miércoles 23 de octubre de 2019, que sus investigadores habían conseguido realizar un cálculo que las supercomputadoras actuales más grandes tardarían más de 10.000 años, mientras que ellos lo habían conseguido con su computación cuántica en 3 minutos y 20 segundos.
Anteriormente, hemos hablado de la conferencia de Tanisha Bassan, y a continuación, dejo una entrevista que le hicieron, donde hablaba de cómo la computación cuántica ayuda y ayudaría a la Inteligencia Artificial, y no solo a la Inteligencia Artificial, sino a resolver problemas complejos, e incluso a desarrollar fármacos para enfermedades específicas.
¿Por qué no tenemos ordenadores cuánticos?
Un ordenador cuántico es una máquina demasiada compleja, y para que un ordenador cuántico funcione debemos de tener una temperatura cercana al cero absoluto (-273 ºC), y los componentes para poder leer y manipular los cúbits no son sencillos.
Otro inconveniente es que para obtener las piezas para estas computadoras cuánticas es muy difícil, ya que necesitan Helium-3 , un subproducto de investigación nuclear, y cables especiales que solo fabrican compañía en Japón.
Enlaces de interés.
En el periódico “The New York Times” podemos encontrar artículos en los cuales se explica el funcionamiento de la computación cuántica y hablan sobre la computación cuántica de Google, un ejemplo de ellos es el siguiente: https://www.nytimes.com/es/2019/10/24/espanol/ciencia-y-tecnologia/computacion-cuantica-google.html
Para más información también se puede ver este enlace de la Universidad de Waterloo: https://uwaterloo.ca/institute-for-quantum-computing/quantum-computing-101
Si quieres ver cómo es el interior de un ordenador cuántico, IBM lo proporciona en su web, comenta los componentes y hace una descripción breve de cómo funciona su “ordenador cuántico” en el siguiente enlace: https://www.ibm.com/quantum-computing/learn/what-is-quantum-computing/
Foto de portada: Equipo de Google desarrollando el ordenador cuántico. Fuente: Google
