By: Sarah Wells
El futuro de la informática está más cerca que nunca.
ace solo unas pocas generaciones, las computadoras del tamaño de habitaciones chisporroteaban y luchaban para calcular sumas simples a partir de algoritmos de cinta perforada. Hoy en día, los diminutos transistores de su reloj inteligente son capaces de realizar una informática más avanzada de lo que los científicos de la década de 1930 podrían haber soñado. Ahora, la ciencia computacional está al borde de otra revolución: las computadoras cuánticas.
Las computadoras cuánticas han sido durante mucho tiempo el santo grial de la informática; estas máquinas, en teoría, serían capaces de superar a cualquier computadora clásica. Si bien no acudiremos a Best Buy local para comprar nuestras propias computadoras cuánticas en el corto plazo, los avances en esta tecnología se están volviendo más realistas cada día. Empresas como Google e IBM están luchando por la supremacía cuántica, y las nuevas empresas en Silicon Valley ya están produciendo algoritmos cuánticos por miles.
Ciencia de la Computación Cuántica
En el centro de la computación cuántica se encuentra la propia física cuántica extraña y contradictoria, que fue descubierta en la década de 1930.
La física clásica, del tipo que describe cómo caen las manzanas de los árboles, se basa en cualidades exactas y mensurables para realizar cálculos. Por ejemplo, la altura de la rama de un manzano y el peso de la manzana. Pero la física cuántica se niega a proporcionar este tipo de cualidades. En cambio, las propiedades físicas cuánticas se miden mediante probabilidades y medidas de incertidumbre. Por lo general, esto sería un fastidio. Pero cuando se trata de obtener más potencia informática, en realidad puede resultar útil.
La informática tradicional mide la información en bits que pueden representar 0 o 1 y se pueden combinar para crear cada pantalla y cada clic de su computadora. Pero la computación cuántica, incluso estos bits binarios de información, no son tan seguros. Un bit cuántico, conocido como qubit, puede representar 0, 1 o un estado que existe entre ambos. Esto se conoce en física como superposición.
Aprovechando esta peculiaridad cuántica, ahora se puede realizar un cálculo o ejecución de software que habría requerido varias cadenas de bits binarios con un solo qubit. Encadena varios qubits juntos y las posibilidades computacionales comienzan a dispararse.
Por qué es importante
Una vez que salgan de su incómoda adolescencia, estas máquinas serán particularmente buenas en cálculos como factorización, búsqueda y modelado, y podrán hacerlo a velocidades mucho más rápidas que cualquier computadora clásica.
Estas funciones no se utilizarán necesariamente para acelerar su búsqueda en Google, pero ayudarán a los científicos a lograr avances en campos como la química y la farmacología. Usando modelos químicos de velocidad cuántica, puede ser posible desarrollar candidatos a vacunas en varios días en lugar de años.
El procesamiento de información cuántica también cambiará la forma en que se maneja nuestro mundo. Los expertos creen que las computadoras cuánticas podrán descifrar fácilmente los sistemas de criptografía existentes, exponiendo parte de la información cifrada más sensible del mundo. Para probar estos sistemas en el futuro, los científicos ya están buscando desarrollar un cifrado cuántico que aproveche las características cuánticas para ser impenetrable. Así como un espía podría tomar una pastilla de cianuro en lugar de contarle secretos del gobierno, la información encriptada por qubits desaparecerá tan pronto como alguien intente manipularla.
Los esfuerzos
Cuando se trata de diseñar una computadora cuántica, aumentar la cantidad de qubits es el nombre del juego. En los últimos años, IBM y Google han subido a la cima del grupo con sus qubits superconductores superenfriados. Estos qubits no experimentan resistencia eléctrica (que es una propiedad de los materiales superconductores), y debido a que se fabrican en lugar de recolectarse naturalmente (tal es el caso de los qubits de iones atrapados), pueden controlarse más fácilmente.
Las armas secretas detrás de la computación cuántica son notoriamente inestables.
La computadora de IBM actualmente es capaz de operar 65 qubits y la de Google de operar a 53, lo que los hace capaces de resolver cálculos espinosos en cuestión de minutos que a una computadora clásica le llevaría 10,000 años. Este hito, que alcanzó la computadora Sycamore de Google en 2019 se llama ” supremacía cuántica “.
Ambas compañías ya han anunciado planes para construir computadoras de 1000 qubit en las próximas décadas, lo que podría reducir estos cálculos ya rápidos de minutos a solo fracciones de segundo. Pero incluso entonces, es más probable que encuentre estas computadoras procesando grandes datos en una granja de servidores que haciendo malabares con sus pestañas de Internet.
Los desafios
Pero parte de lo que dificulta la construcción de una computadora cuántica como esta es que los qubits, el arma secreta detrás de estos cálculos, son notoriamente inestables. Para hacer cálculos, los investigadores tienen que mantener estos qubits de manera muy precaria en ciertos estados de energía, pero la vibración de las carreteras o incluso la temperatura ambiente puede ser suficiente perturbación para hacer que estos qubits se pongan nerviosos. Los científicos llaman a esto “decoherencia”.
Una forma de controlar estas perturbaciones es mantener estas computadoras muy cerca del cero absoluto (-450 grados Fahrenheit) en congeladores gigantes. Pero esto es increíblemente costoso. El desarrollo de la denominada computación cuántica “cálida”, es decir, computadoras que pueden funcionar a temperatura ambiente, podría ahorrar drásticamente los costos y el espacio para las computadoras futuras.
Además, las computadoras cuánticas en este momento tienen que dedicar un puñado de sus qubits limitados a realizar un seguimiento de los errores acumulados debido a esas perturbaciones. El desarrollo de formas más eficientes de rastrear o eludir estos errores puede ayudar a que estos qubits marginados vuelvan al juego principal y, a su vez, aumentar la potencia informática.
Las metas pueden parecer lejanas ahora, pero los investigadores confían en que esta computación cuántica algún día tendrá un gran impacto en nuestras vidas.
