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La computación cuántica y las supercomputadoras que
revolucionarán la tecnología
Vivimos en la era de la tecnología, pero aún no lo hemos visto todo:
la computación cuántica, que en los últimos años ha dado pequeños
-pero importantes- pasos que promete revolucionar casi todo lo que
conocemos.
En un mundo binario de unos y ceros, los computadores cuánticos
serían como los Albert Einstein de la informática, cerebros
electrónicos extraordinarios capaces de realizar en unos segundos,
tareas casi imposibles para una computadora clásica.
¿Qué es la computación cuántica?
Esta rama de la informática se basa en los principios de la
superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para
desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría,
sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de
información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel
numérico, como el de Shor o el temple cuántico.
Esta nueva generación de supercomputadores aprovecha el conocimiento
de la mecánica cuántica -la parte de la física que estudia las
partículas atómicas y subatómicas- para superar las limitaciones de
la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en
la práctica problemas evidentes de escalabilidad y decoherencia,
permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el
efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala
nanométrica.
El secreto de este tipo de equipos reside en su capacidad para
generar y manipular bits
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cuánticos, conocidos como qubits.
¿Qué es un qubit?
La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el
qubit en lugar del bit convencional. La principal característica de
este sistema alternativo es que admite la superposición coherente de
unos y ceros, los dígitos del sistema binario sobre los que gira
toda la computación, a diferencia del bit, que solo puede adoptar un
valor al mismo tiempo uno o cero-.
Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit
pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La
multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de
apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de
operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8
billones más que la videoconsola PlayStation más potente del
mercado.
Los qubits tienen algunas propiedades cuánticas peculiares, y entre
ellas se destacan la superposición y entrelazamiento, que forman
grupos para proporcionar una potencia de procesamiento
exponencialmente superior a cuando se utilizan bits en sistema
binario.
La superposición cuántica
La mayor particularidad de los qubits es que, al contrario que los
bits que solo pueden ser unos y ceros, son capaces de tener tres
estados: uno, cero, y uno y cero simultáneamente. Esta capacidad de
representar varios estados al mismo tiempo es lo que se llama
superposición, y para que los qubits lleguen a este estado, es
necesario manipularlos con láseres de precisión o rayos de
microondas.
Gracias a este fenómeno (que parece imposible) un computador
cuántico con varios qubits en superposición puede procesador una
ingente cantidad de resultados de cálculo
de manera simultánea. El resultado final de un cálculo surge solo
una vez que se miden los qubits, lo que inmediatamente hace que su
estado se “colapse” a un uno o un cero.
El entrelazamiento cuántico
Los ingenieros pueden generar pares de
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qubits que están “entrelazados” o “enredados” entre sí, lo que
significa que ambos miembros de un par existen en un único estado cuántico.
Cambiar el estado a uno de estos qubits cambiará inmediatamente el estado del
otro, y esto sucederá incluso si estuvieran separados por largas distancias.
Nadie sabe muy bien cómo funciona exactamente este “enredo”, e incluso Einstein
lo definió como una “acción espeluznante a distancia”, pero el caso es que es
clave para el poder de computación de los ordenadores cuánticos. En un
computador convencional, duplicar el número de bits duplicaría su potencia de
procesamiento, mientras que en una máquina cuántica se produce un aumento
exponencial de su capacidad.
Así, las computadoras cuánticas aprovechan estos qubits enredados en una especie
de cadena (Daisy-chain) para hacer su magia. La capacidad de estas máquinas para
acelerar los cálculos utilizando algoritmos cuánticos especialmente diseñados
para esto es la razón de que haya tanta expectación sobre su potencial.
¿Qué uso tiene un computador cuántico?
Una de las aplicaciones más prometedoras de estos sistemas es simular el
comportamiento de la materia a nivel molecular. Los fabricantes de automóviles
como Volkswagen o Daimler ya utilizan computadores cuánticos para simular la
composición química de las baterías de los coches eléctricos para buscar maneras
de mejorar su rendimiento, y las compañías farmacéuticas los emplean para
analizar y comparar compuestos que podrían conducir a la creación de nuevos
medicamentos.
Las máquinas son también excelentes para resolver problemas de optimización, ya
que con su potencia de cálculo son capaces de analizar un gran número de
posibles soluciones para cualquier problema. Por ejemplo, la compañía Airbus los
utiliza para calcular rutas de ascenso y descenso más eficientes para sus
aviones, y Volkswagen ya ha presentado un servicio que calcula las rutas más
óptimas para autobuses y taxis en las ciudades a fin de evitar atascos. Muchos
investigadores también creen que la computación cuántica ayudará a desarrollar
la Inteligencia Artificial a niveles que no podemos ni imaginar.
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