¿Qué es la computación cuántica? Computadoras cuánticas y Qubits

¿Qué es la computación cuántica?
Computadora Cuántica de IBM

Las computadoras cuánticas pueden procesar conjuntos de datos masivos y complejos más eficientemente que las computadoras clásicas.

Utilizan los fundamentos de la mecánica cuántica para acelerar el proceso de resolución de cálculos complejos. A menudo esos cálculos incorporan un número aparentemente ilimitado de variables. Y las aplicaciones potenciales abarcan desde industrias genómicas a financieras.

Las computadoras cuánticas ya están reinventando aspectos de la seguridad cibernética. Tienen la capacidad para romper códigos y cifrar comunicaciones electrónicas. Algunos de los jugadores más grandes en tecnología -incluyendo Google, Microsoft, Intel, IBM y Alibaba – están explorando la computación cuántica para una mejor ciberseguridad y más. Un signo de que la próxima gran carrera informática ya está en marcha.

Google ha estado explorando computación cuántica para búsquedas ultra-rápidas en internet desde al menos 2009. Pero queda por ver quién surgirá como el líder en la naciente comercial industria de la computación cuántica.

Un panorama informático cambiante

Antes de que podamos entender la computación cuántica y sus aplicaciones, hay que echar un vistazo a cómo la computación clásica alcanzó sus límites.

Lo bits clásicos (almacenados en transistores) son las unidades básicas para el procesamiento de la información en un ordenador clásico.

Son básicamente interruptores electrónicos on / off incrustados en microchips que alternan entre 0 o 1 para procesar información. Cuanto más
transistores hay en un chip, más rápido puede procesar señales eléctricas, y mejor se vuelve una computadora.

Calculando más allá de la Ley de Moore

En 1965, el cofundador de Intel Gordon Moore observó que el número
de transistores por pulgada cuadrada en un microchip se había duplicado cada año. Mientras que los costos se redujeron a la mitad (desde su invención en 1958). Esta observación es conocida como la Ley de Moore.

La Ley de Moore es importante porque significa que las computadoras y la potencia de cálculo se vuelven más pequeñas y rápidas con el tiempo.

Sin embargo, la ley de Moore se está desacelerando (algunos dicen que está detenida), y en consecuencia, las computadoras clásicas no están mejorando a la misma tasa que solían hacerlo.

Intel, como era de esperar, se ha basado en la Ley de Moore para alimentar la innovación de chips en los últimos 50 años. Ahora, junto con otros
gigantes de la industria de la computación, ha sugerido que la computación se está acercando a un tope.

En algún momento del 2020, si queremos seguir cosechando los beneficios del crecimiento exponencial de la potencia de cálculo, tendremos que encontrar una manera fundamentalmente diferente de procesar la información.

Allí entra la computación cuántica

Las computadoras cuánticas podrían ofrecer una gran ventaja de eficiencia para resolver ciertos tipos de cómputos que hoy atascan a las computadoras clásicas. Y continuarán haciéndolo incluso si La ley de Moore continuara indefinidamente.

Para empezar, piensa en una guía telefónica, y luego imagina tener un número específico para buscar en ella. Una computadora clásica buscará en cada línea de la guía hasta encontrar y devolver el resultado. En teoría, una computadora cuántica podría buscar en todo el directorio telefónico instantáneamente. Evaluaría cada línea simultáneamente y devolvería el resultado mucho más rápido que una computadora clásica.

Estos problemas, que requieren la mejor combinación de variables y soluciones, a menudo se denominan problemas de optimización. Son algunos de los problemas más complejos del mundo, con beneficios potenciales que cambian el juego.

Imagina que estás construyendo el rascacielos más alto del mundo y dispones de un presupuesto para los equipos de construcción, materias primas, y mano de obra, así como requisitos de cumplimiento. El problema que necesitas resolver es cómo determinar la combinación óptima de equipos, materiales y mano de obra, etc. para maximizar tu inversión. La computación cuántica podría ayudar a tener en cuenta todas estas variables para ayudarnos a planificar de manera más eficiente proyectos masivos.

Los problemas de optimización se enfrentan en todas las industrias. Incluyendo diseño de software, logística, finanzas, búsqueda web, genómica y más. Mientras que los problemas de optimización más difíciles en estas industrias saturan a las computadoras clásicas, se adaptan bien para ser resueltos en una máquina cuántica.

Qubits en lugar de bits

Las computadoras cuánticas difieren de las computadoras clásicas en que la mejora para estas últimas se basa principalmente en el avance de los materiales que componen transistores y microchips.

Las computadoras cuánticas no utilizan transistores (o bits clásicos). En su lugar, utilizan qubits.

El Qubit es la unidad básica de la computación cuántica.
El Qubit es la unidad básica de la computación cuántica.

Los Qubits son las unidades básicas para procesar información en una computadora cuántica.

Los Qubits pueden ser cualquier valor de 0 a 1. O pueden tener propiedades de ambos de estos valores a la vez. De inmediato, se tiene muchas más posibilidades de realizar cálculos.

Además, las computadoras cuánticas dependen de los fenómenos cuánticos- mecánicos naturales. O de dos estados importantes de materia conocidos como superposición y entrelazamiento. Estos estados, cuando se aprovechan para fines informáticos, pueden acelerar nuestra capacidad para realizar inmensos cálculos.

La Ley de Rose en la computación Cuántica

Los chips de computación cuántica más avanzados disponibles en la actualidad, están en desarrollo por la empresa Rigetti Computing, con sede en Berkeley. Pueden utilizar hasta 19 qubits. Aunque la empresa está en el proceso de creación de un chip de 128 qubit para finales de 2019.

Sin embargo, la carrera para construir la computadora cuántica más poderosa con la mayor cantidad de qubits ha estado en marcha desde al menos a fines de los años noventa.

En 1998, los investigadores de la Universidad de Oxford en el Reino Unido anunciaron que habían hecho un gran avance. Llevaron la capacidad de computar información utilizando dos qubits. En 2017, IBM demostró la capacidad de calcular 50 qubits. La potencia de computación cuántica aumentó 25 veces en 20 años. Un comienzo aparentemente lento en comparación con el ritmo de avance de hoy.

En 2018, Google demostró 72 qubit de procesamiento de información. En agosto, Rigetti Computing anunció planes para un chip cuántico de 128 qubit.

Steve Jurvetson, director gerente de la firma de inversiones Draper Fisher Jurvetson y un inversionista en la compañía de computación cuántica D-Wave Systems (un líder inicial especializado en máquinas híbridas y clásicas), calificó el fenómeno de la capacidad creciente de las computadoras cuánticas como la “Ley de Rose”.

La Ley de Rose para la computación cuántica es paralela a la idea detrás de la Ley de Moore para el desarrollo de procesadores de semiconductores. En resumen, las computadoras cuánticas ya se están volviendo muy rápidas, muy rápido.

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