¿Qué es la computación cuántica y dónde puede llevarnos?

computación cuántica

Durante los últimos meses mucho se está hablando sobre computación cuántica, una nueva tecnología que muchos expertos no dudan en catalogar como el futuro de los ordenadores a pesar de que la misma podríamos decir sin miedo a equivocarnos que aún está en pañales, es decir, todavía hay que dedicar mucho tiempo a labores de investigación y desarrollo, fabricación de nuevos prototipos y pruebas en laboratorio hasta que verdaderamente podamos hacer uso de la misma en otro tipo de entornos.

A pesar de esto, aunque todavía queda mucho trabajo por hacer, lo cierto es que son muchas las empresas tecnológicas de primer nivel que están tratando descubrir cuál es la mejor forma en la que poder comenzar a sacar partido a todo lo que a día de hoy conocemos sobre la computación cuántica. Como detalle, comentarte que entre las grandes empresas que trabajan en este campo encontramos a IBM, Microsoft o Google, esta última y a pesar de lo complicado que es conocer el rendimiento actual de esta tecnología, anunció hace tan sólo unos meses que su último prototipo, bautizado como D-Wave 2X, era unas 100 veces más rápido que un ordenador convencional.

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica es una nueva tecnología que está llamada, como decíamos, a ser el futuro de la informática. Lo primero que llama especialmente la atención de la misma es que, mientras actualmente se trabaja con los denominados bit, unidad mínima de información que puede tener tan sólo dos valores (cero o uno) en esta nueva y complicada tecnología se trabaja sobre los denominados qubits donde no solo puede existir un cero o un uno, sino que además es posible que exista una superposición o combinación de ambas.

Para explicar esto un poco mejor, tenemos que tirar de la física y concretamente, tal y como explican algunos expertos, del principio de conservación de la energía, mismo que seguro te sonará y que explica que la energía de un sistema aislado siempre se conserva. Este principio lo que nos dice, a modo de ejemplo, es que si consiguiésemos idear un sistema donde tan sólo pudiéramos meter un vaso, en el mismo no existe rozamiento alguno, y este gira a unas 5 vueltas por segundo, debido a que no hay influencia externa, este giraría siempre a la misma velocidad.

chip D-Wave

Siguiendo con el ejemplo, imagina que en un momento dado, nuestro vaso se divide en dos. Sigue sin existir ningún tipo de influencia externa por lo que esta velocidad de giro debería mantenerse. De esta forma, si uno de los dos vasos sigue girando a 5 vueltas por segundo el otro no puede estar girando ya que habrían aparecido vueltas de la nada, algo que la física dice que no puede ocurrir. Básicamente este principio nos indica que si conocemos la velocidad de giro de uno de los vasos sabrás automáticamente cuál es la del otro ya que la misma está entrelazada.

A pesar de que quizá el ejemplo no es demasiado bueno, espero que lo hayas entendido, nos sirve para conocer que, a pesar de que los estados de un qubits pueden ser varios, lo cierto es que conocer el estado de uno nos sirve para conocer exactamente el estado de otro, por muy lejos que pueda estar.

Ahora bien, esto puede complicarse un poco más ya que, en el ejemplo que hemos puesto nosotros conocemos que uno de los vasos en cuestión tienen una velocidad de giro y dirección del mismo concreta, algo que en el mundo cuántico no es del todo así ya que dos unidades en este mundo pueden tener varias velocidades y sentidos del giro superpuestos, lo que ocurre es que, en el momento de medir la velocidad, fijamos la dirección.

La física cuántica todavía puede llegar a complicarse mucho más con la superposición de estados, pero lo cierto es que mi nivel de física es un poco limitado aunque creo que, a pesar de que si eres físico puedas encontrar alguna imprecisión, creo que el concepto ha quedado claro para seguir con la computación cuántica.

Una vez hemos abordado por un momento la teoría física llega el momento de seguir con la computación cuántica y los qubits para entender por qué puede ser tan potente esta tecnología. Imagina que tenemos un qubits, como hemos comentado antes, el mero hecho de, por ejemplo, girar un cuarto de vuelta uno haría que se modificase su giro vertical y horizontal lo que nos da como resultado que, con una operación de entrada, conseguimos dos resultados.

Si complicamos un poco más el problema añadiendo un nuevo qubit a la ecuación, tenemos que cada uno tiene varios estados, oscilación vertical y horizontal propias y la oscilación vertical y horizontal del otro qubit, ahora, al dar un cuarto de vuelta a uno de ellos se modifican cuatro parámetros lo que se traduce en que, con una acción de entrada se consiguen realizar cuatro operaciones.

Añadiendo nuevos qubits a la operación, esta puede ir creciendo exponencialmente en cuanto a operaciones que se realizan con tan sólo una acción de entrada. Imagina que conseguimos un sistema donde tenemos n qubits siendo n el número que elijas al azar, como hemos comentado antes, un qubit guarda información sobre su oscilación vertical y horizontal así como la de todos los qubits del sistema por lo que con una transformación podríamos llegar a realizar 2 elevado a n operaciones.

Dejando toda esta teoría un poco de lado y llevando todo esto a la práctica, imagina que consigues crear una clave WPA2-PSK para tu señal WiFi, esta clave ha sido generada de forma completamente aleatoria sin ninguna palabra real y ningún programa del mundo capaz de realizar ataques por diccionario puede conocerla. Al parecer y según los expertos, utilizando una clave de 10 caracteres, un ordenador convencional podrá tardar bastantes años realizando ataques por fuerza bruta. Si este ordenador, en vez de ser un equipo convencional, hace uso de la computación cuántica, tardaría varios segundos en encontrar la solución.

¿Hacia dónde nos lleva la computación cuántica?

Lo cierto es que de momento nadie sabe qué debemos esperar de una tecnología tan novedosa como esta, aun así, quizá lo mejor para entender dónde estamos actualmente es intentar hablar sobre todas las novedades que han presentado estos últimos meses las grandes empresas tecnológicas que tiene a equipos de investigadores trabajando sin descanso en el desarrollo y evolución de la computación cuántica tanto a nivel hardware como a nivel software.

Según los últimos trabajos sobre los que Google ha comentado algún tipo de novedad, en este campo nos encontramos que literalmente esperan convertirse en la empresa que más capacidad en cuanto a computación cuántica tengan a corto plazo. Tal es el caso que esperan alcanzar este primer escalón este mismo año 2017 gracias a la evolución de su impresionante D-Wave, mismo que acaba de recibir un nuevo chip de seis qubits.

chip

Si seguimos con lo último que han publicado los chicos de Google nos encontramos con que este no es más que un primer paso ya que, al parecer, han conseguido desarrollar una nueva metodología de fabricación que les permitiría, o al menos así ha expresado John Martinis, jefe del grupo de investigación de Google en materia de computación cuántica, evolucionar mucho más deprisa. Esto les permite trabajar a día de hoy en diseños de nuevos chips de entre 30 y 50 qubits.

Por otro lado, en Google tampoco se olvidan que por mucha potencia hardware que puedas conseguir, necesitas un software que pueda estar a la altura y, dada la especialización de este tipo de sistemas, de momento no sabemos a ciencia cierta cómo conseguir desarrollar un lenguaje capaz de sacar partido a todas las peculiaridades de esta tecnología aunque, poco a poco, también se está consiguiendo dar nuevos pasos en esta campo que puede tener especial repercusión y utilizada en temas como la seguridad, criptografía o la inteligencia artificial.

Dejando de lado a Google tenemos que pasar a hablar de IBM, empresa que quizá no suele entrar en batalla con sus avances y que puede parecer van un poco ‘a su aire’ pero que están consiguiendo avances bastante notables gracias, por ejemplo, a la idea de conseguir involucrar a todo tipo de desarrolladores. Suya es precisamente la idea de crear un sitio web donde cualquier usuario puede poner a prueba su chip de cinco qubits.

En cuanto a Microsoft, hace algunos meses tuvimos información de que seguían trabajando en su peculiar forma de entender la computación cuántica apostando por un camino completamente diferente al que habían tomado rivales en esta peculiar carrera como pueden ser Google o IBM. La idea principal era la de trabajar con la computación cuántica escalable. Para conseguir desarrollar esta idea, la empresa había contratado a varios investigadores de renombre para desarrollar los denominados como qubits topológicos, un sistema que se basa en el entrelazado de partículas llamadas anyones que según la física tan sólo existen en dos dimensiones.

Finalmente me gustaría acabar con la visión que tienen en Intel, donde directamente apuestan por el uso de transistores de silicio también para esta nueva tecnología o el interesante proyecto que ha sido desarrollado y llevado a cabo conjuntamente por la Universidad de Bristol y la compañía NTT a partir del cual se han conseguido desarrollar un chip fotónico que podría ser la base a la multitarea en la computación cuántica. Como detalle, comentarte que según sus responsables, gracias al uso de este nuevo chip se puede llegar a ejecutar trabajos que hasta ahora llevaban todo un año en tan sólo unas horas, algo que nos indica el grado de complejidad de los mismos y sobre todo su impresionante potencia.

A pesar de que aún se trabaja en la miniaturización, optimización de procesos y demás facetas para conseguir, año tras año, poder evolucionar y ofrecer ordenadores cada vez más potentes, lo cierto es que el futuro pasa por conseguir llevar esta tecnología a todos los hogares. Todavía queda por ver si verdaderamente Google consigue desarrollar para finales de este año un chip de 50 qubits aunque, hemos de reconocer que esta clase de empresas son expertas en hacer realidad mañana lo que hoy pensamos que es imposible.

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