Computación cuántica, el futuro de la informática

La principal ventaja que aporta la computación cuántica es la velocidad de cálculo para realizar operaciones. Un ejemplo sencillo, los sistemas criptográficos y de contraseñas que utilizamos hoy en día implican que una computadora va probando contraseñas hasta que encuentra la correcta, prueba todas las combinaciones una por una hasta lograr su objetivo y aunque sean millones es cuestión de tiempo dar con la buena. En la computación cuántica podría probar todas las combinaciones a la vez y seleccionar la buena, el menos teóricamente. Esta es la gran diferencia.

La computación tradicional y el agotamiento del modelo

Una computadora tradicional se basa en una combinación de 1 y 0 para codificar la información. La capacidad de cálculo de la computadora depende de los procesadores y estos a su vez del número de transistores dentro del circuito. Hasta ahora si se quiere un procesador más potente sólo hay que lograr meter un mayor número de estos transistores en el microprocesador.

Con cada nueva unidad de procesadores se tiene un menor coste de fabricación, un menor consumo energético y una mayor velocidad de procesamiento. Hoy en día tenemos procesadores que tienen transistores de 14 nanómetros, una mil millonésima parte de metro. Se estima que esta tecnología se agotará cuando se puedan fabricar transistores de 7 nanómetros, lo que depende del material de fabricación, el silicio así como de que se comporten como deben.

En todo caso no sería la primera vez que se exprime más allá de sus límites una tecnología, pero el agotamiento del modelo parece estar cerca. Es aquí donde entra la computación cuántica como una alternativa que conviene ir investigando para estar preparados y afrontar las posibilidades de esta tecnología.

¿Qué es un qubit?

Es un sistema cuántico con dos estados propios y que puede ser manipulado arbitrariamente. Se trata de un sistema que solo puede ser descrito correctamente mediante la mecánica cuántica, y que solamente tiene dos estados bien distinguibles mediante medidas físicas. También se entiende por qubit la información que contiene ese sistema cuántico de dos estados posibles. En esta acepción, el qubit es la unidad mínima y por lo tanto constitutiva de la teoría de la información cuántica. Es un concepto fundamental para la computación cuántica y para la criptografía cuántica, el análogo cuántico del bit en informática.

Su importancia radica en que la cantidad de información contenida en un qubit, y, en particular, la forma en que esta información puede ser manipulada, es fundamental y cualitativamente diferente de un bit clásico.

Del bit al qubit, la clave de la computación cuántica

Si el bit es la medida de la computación tradicional, el qubit es la medida de la computación cuántica. Mientras que la computación clásica un bit sería cero o uno, en la computación cuántica podría ser cero, uno pero también una superposición de ambos. Esta propiedad le permitiría realizar cálculos en paralelo utilizando el mismo hardware.

De esta forma a la vez que aumenta los qubits la capacidad de cálculo aumenta de forma exponencial. De esta forma una computadora cuántica sería, tal y como hemos mencionado anteriormente, mucho más rápida que las computadoras actuales. Pero también tiene algunas peculiaridades. Por ejemplo, cada intento de copia de la información dejaría una huella y a la vez corrompe la información. Esta característica ya está siendo explotada por algunas compañías que ofrecen links cuánticos para garantizar las comunicaciones de punto a punto.

Algunos problemas de la computación cuántica

Uno de los principales problemas de la computación cuántica es que a medida que se van añadiendo qubits se va complicando el proceso. Los procesadores de estado sólido que se han conseguido “sólo” tienen 5 qubits, un gran avance, pero todavía insuficiente o dicho de otro modo, la tecnología todavía está en pañales.

También la temperatura a la que trabajan estos procesadores, solo unos miligrados sólo por encima del cero absoluto, de manera que estos circuitos será todavía muy complicado verlos en los próximos años fuera de un laboratorio. Pero sobre todo controlar todo el proceso y que el procesador sea estable es algo tremendamente complicado.

Si se tarda mucho tiempo en leer lo qubits se vuelven inestables, incoherentes, por eso es necesario realizar las operaciones lo más rápido posible. Este es otro de los campos donde más se está aplicando la investigación, para lograr resultados correctos aunque el hardware que se utilice no sea perfecto.

Además tenemos que tener en cuenta que estas investigaciones no son baratas. Hay que poner millones de dólares para lograr pequeños progresos y el resultado que se obtiene, al menos por el momento, no son computadoras más rápidas que las disponibles hoy en día. Por ello tanto diferentes países, como empresas y universidades están sumando esfuerzos en este campo.

Pero los problemas van más allá del hardware. También habría que cambiar la forma de programar para un ordenador cuántico, al menos si lo que deseamos es sacarle partido. Desarrollar y pensar nuevos algoritmos que permitan obtener los resultados correctos con esta capacidad de cálculo es uno de los principales retos. ¿Quién nos enseña a programar en computadores cuánticos?

Por eso cuando hablamos de computación cuántica como la informática del futuro, lo será, pero quizás no de un futuro a corto plazo y si a medio y largo plazo.