Tener la capacidad de resolver problemas complejos que las supercomputadoras más poderosas del mundo no pueden abordar. Esta es la promesa principal de la computación cuántica, una tecnología que está en fase de pruebas, pero que ha experimentado notables avances desde 2020. Y aunque es poco probable que en el corto plazo llegue a los hogares, es clave saber qué es la computación cuántica para conocer cuáles podrían ser sus usos prácticos.
Las computadoras cuánticas administran los datos de una manera distinta a la informática tradicional, que opera con bits binarios: información procesada en forma de 1 o 0. Las computadoras cuánticas operan por medio de bits cuánticos o cúbits, que pueden existir como 1, 0 o en ambos de manera simultánea. Esa propiedad, conocida como superposición, está en el corazón del potencial de esta tecnología.
Mientras los bits adoptan la forma física de la señal eléctrica que viaja por los circuitos de la computadora, los cúbits están hechos de partículas subatómicas (fotones o electrones), que se ajustan a las reglas de la mecánica cuántica y exhiben propiedades de las partículas cuánticas. De esta manera, los cúbits pueden tener los dos estados de forma simultánea, en lugar de uno solo como ocurre en el sistema clásico.
Qué tipo de procesos podría resolver
Las supercomputadoras, como se conocen a las gigantescas máquinas equipadas con miles de núcleos de CPU y GPU, han sido útiles para resolver importantes problemas. Sin embargo, no siempre son capaces o eficientes.
En IBM, una de las compañías que ha liderado el desarrollo de la computación cuántica, exponen el siguiente problema. Si necesita a dos personas alrededor de una mesa, tiene dos opciones posibles. Con cinco comensales, las alternativas suben a 120. Con 10, tienes más de 3.5 millones de opciones.
Cuando se trata de problemas similares, pero de mayor envergadura, las computadoras más poderosas tienen dificultades para resolverlos porque carecen de la memoria de trabajo para contener las innumerables combinaciones y deben analizar cada combinación, una tras otra, lo que puede llevar mucho tiempo.
Cuáles serían los usos de la computación cuántica
La computación cuántica puede ayudar considerablemente al desarrollo y mejora de la inteligencia artificial (IA) al permitir un procesamiento y análisis de datos mucho más rápidos y eficientes que los métodos clásicos. Gracias a propiedades únicas como la superposición y el entrelazamiento cuántico, los modelos cuánticos pueden realizar tareas complejas de IA con menos parámetros y menor consumo energético, lo que a su vez mejora la sostenibilidad y escalabilidad de estas tecnologías.
Entre los beneficios específicos que la computación cuántica aporta a la IA se incluyen la aceleración en el entrenamiento de modelos, mayor precisión y capacidad para procesar grandes volúmenes de datos complejos. Esto es especialmente útil en áreas como el aprendizaje automático, la optimización de algoritmos y la simulación de sistemas complejos, donde la quantum machine learning (QML) surge como un campo que combina la computación cuántica con algoritmos tradicionales para potenciar el rendimiento y la capacidad de aprendizaje de la IA.
La computación cuántica también permite avances en la seguridad y privacidad de los datos utilizados en IA mediante métodos de cifrado cuántico extremadamente seguros. Además, la simulación cuántica de interacciones moleculares puede acelerar descubrimientos científicos y mejoras en campos como la farmacología, con IA más precisa y eficiente. Por último, se ha demostrado que la IA también puede optimizar y estabilizar el funcionamiento de los sistemas cuánticos, creando una sinergia creciente entre ambas tecnologías.
La seguridad informática, la biomedicina y la movilidad son algunos de los campos que podrían verse revolucionados por los avances de la computación cuántica. Aunque muchos de estos desarrollos todavía son teóricos, estos son algunos de los usos que podría tener esta tecnología:
- Sector financiero: las empresas podrían optimizar sus carteras de inversión y mejorar los sistemas de detección y simulación de fraudes.
- Biomedicina: se estima que la industria de la biomedicina podría beneficiarse con el desarrollo de fármacos y tratamientos genéticamente personalizados, así como de la investigación del ADN.
- Seguridad informática: un nuevo sistema de distribución de claves cuánticas (QKD) permite enviar información cifrada, con un sistema donde solo dos partes conocen una clave generada de manera aleatoria.
- Movilidad y transporte: algunas empresas usan la computación cuántica para diseñar aviones más eficientes; optimizará los sistemas de planificación del tráfico y de rutas, y podría permitir una nueva generación de vehículos eléctricos basados en baterías cuánticas.
- Investigación científica: la computación cuántica está detrás de la investigación sobre los eventos de Higgs y los orígenes del universo. Además, podría ayudar a reducir las emisiones de carbono atmosférico mediante el descubrimiento de nuevos materiales.
El problema del almacenamiento
Quizás uno de los mayores problemas de la tecnología es su almacenamiento. Las computadoras son en extremo sensibles y requieren condiciones de presión atmosférica y temperatura (-273° C) específicas para funcionar de manera adecuada, por lo que están selladas y deben operarse con computadoras convencionales. Si interactúan con partículas externas, producen errores de medición y el borrado de superposiciones de estado.
Por lo mismo, es poco probable que lleguen al usuario doméstico en el corto plazo. Sin embargo, compañías como IBM ofrecen la oportunidad de usar programas en una pequeña fracción de cúbits por medio de la nube. Al menos, es un avance.
