Computadora cuántica: ¿Qué es y cómo funciona?

Ya desde este preciso momento se vislumbra que las computadoras del futuro serán computadoras cuánticas, ya que las mayores empresas tecnológicas del mundo como Microsoft, Google, Intel o IBM se encuentran trabajando en proyectos de este tipo, e incluso esta última ya ha lanzado al mercado modelos de computadoras cuánticas con bastante éxito.

La computación cuántica tienen la particularidad de poder procesar datos a una velocidad que en la actualidad es impensable para la tecnología de los procesadores actuales, sin embargo, la computación cuántica es algo que al usuario promedio no le va a servir de mucho en forma directa. La computación cuántica no está pensada para mejorar a las computadoras actuales, o a cualquiera de sus componentes como el CPU o la tarjeta de video, y por lo tanto no nos podremos aprovechar de estos descubrimientos para mejorar nuestro hándicap en ningún juego.

La computación cuántica está diseñada con otros propósitos, y es muy distinta a la computación de la actualidad, es un verdadero cambio en el punto de vista en como los dispositivos procesan información y resuelven problemas, y si bien todavía no es una tecnología que pueda estar en las manos de los usuarios comunes, como dijimos, pronto estará entre nosotros encargándose de todo aquello que no podemos ver, como el home banking, la computación en la nube y todo lo demás.

Es por ello que la computación cuántica es tan importante para nuestro futuro, y no está de más aprender sobre ella para poder estar informados, lo que puede parecer complicado al principio, pero lo cierto es que conociendo las bases sobre las cuales fue creada la tecnología cuántica y sus objetivos, comprender su modo de funcionamiento y proceso se volverá una tarea sencilla, sobre todo con todos los datos que tenemos para ofrecerte en este artículo.

Qué son las tecnologías cuánticas?

Como sabemos, durante su evolución, la Humanidad fue desarrollando su tecnología y ciencia en base a sus necesidades y en cómo entendía el comportamiento y funcionamiento de la naturaleza que lo rodeaba. Conforme la historia pasaba, evolucionaba la tecnología y con ella también se abría una puerta hacia nuevos desafíos derivados de esos descubrimientos.

En este punto mismo estamos ante una de esas puertas, cuya llave es la computación cuántica, una tecnología que se basa en la manipulación de los más pequeños elementos del mundo físico para formarlos, encarrilarlos y que hagan lo que nosotros pretendemos. Una tarea increíblemente compleja que sin embargo ya se encuentra trabajando para nosotros, y evolucionando con cada minuto que pasa.

Del mundo cuántico derivan muchas otras tecnologías diferentes, llamadas “Tecnologías cuánticas”, las cuales básicamente se definen por tener propiedades cuánticas de naturaleza subatómica como la superposición cuántica y el entrelazamiento cuántico como base. Entre ellas la computación cuántica, la que nos ocupa en este artículo.

En este sentido, debemos entender que las primeras ideas sobre tecnologías cuánticas se dieron entre los primeros años del siglo XX, más específicamente entre los años 1900 y 1930, cuando los estudios realizados sobre algunos fenómenos físicos que todavía no eran comprendidos en su totalidad dieron espacio a una nueva perspectiva: la Mecánica Cuántica.

En forma más concreta, los orígenes de la mecánica cuántica se remontan hasta 1925, cuando Edwin Schrödinger desarrolló la ecuación de onda, la que describe la evolución temporal de una partícula cuántica.

En forma básica, esta mecánica cuántica describe lo que sucede en el mundo de las moléculas, átomos y electrones, y debido a esos estudios y teorías no sólo se pudieron explicar esos fenómenos desconocidos, sino que además se abrió una puerta a un mundo subatómico que era necesario entender para aprovechar.

Gracias a que logramos entender el funcionamiento de este mundo microscópico de moléculas, átomos y electrones a través de la Mecánica Cuántica y las tecnologías derivadas de ella, nos permitió tener un panorama mucho más amplio del que solíamos tener, y nos facilitó la tarea de mejorar el modo de vida de la Humanidad toda, como por ejemplo el transistor, un componente electrónico fundamental para el desarrollo de procesadores y microprocesadores que permitieron que nuestros dispositivos fueran más pequeños, estables y seguros, fue posible gracias a poder comprender como se comportan los electrones en materiales conductores y semiconductores.

Otro ejemplo más que claro de cómo la mecánica cuántica es el origen de muchas de las tecnologías de las que disfrutamos hoy es el Laser, que no sería posible sin que Albert Einstein sentara en 1917 las bases de la emisión estimulada, usando para ello la teoría cuántica de la radiación.

También como un buen ejemplo de hacia dónde nos llevaron las teorías cuánticas, podemos nombrar los anillos SQUID, los cuales fueron presentados en 1967 y que son básicamente sensores que son capaces de detectar hasta incluso al campo magnético de nuestro cerebro. Estos funcionan basándose en que la corriente eléctrica es capaz de fluir, sin aplicar ningún tipo de voltaje, entre dos superconductores a corta distancia, que nos remite a la magnetoencefalografía y a diversos campos en la salud.

En la actualidad nos encontramos en un punto en donde las tecnologías cuánticas están tomando cada vez más espacio, y con el tiempo irán reemplazando a las antiguas tecnologías digitales para dejarlas atrás para siempre.

Las tecnologías cuánticas se utilizan en diversos y amplios campos como la simulación cuántica, las comunicaciones, la seguridad, la computación cuántica, el objetivo principal de este artículo, la tecnología del blockchain, la óptica cuántica, la metrología cuántica, los relojes cuánticos, los sensores cuánticos, la realidad aumentada y la realidad virtual, la inteligencia artificial, IOT, más conocida como “Internet de las cosas”, y en un sinfín de implementaciones menos espectaculares pero que sin duda cambiarán la forma en que tenemos de ver las cosas, como por ejemplo los vehículos autónomos, las impresoras 3D, drones y otras.

Todas estas tecnologías derivadas de las leyes cuánticas fueron diseñadas con el propósito de mejorar nuestra calidad de vida, y en un determinado punto las tecnologías cuánticas como la computación cuántica, están destinadas a combinarse, creando de este modo un mundo que ni en nuestros más alocados pensamientos podíamos soñar.

Para conocer más acerca de las tecnologías cuánticas, no está de más que sepamos acerca del origen de la computación cuántica, y así poder transitar este artículo de la manera más ágil posible, ya que más adelante nos encontraremos con mucha más información que para comprender del todo, necesitaremos tener en claro la mayor cantidad de conceptos posibles.

Origen de la computación cuántica

Podría decirse que las bases de la computación cuántica que conocemos hoy en día fueron desarrolladas durante la década de 1920 por Albert Einstein, Niels Bohr, Planck, Werner Heisenberg, Louis-Victor de Broglie y otros, para ser finalmente anunciadas y discutidas en el Quinto Congreso Solvay en el año 1927 de la mano de los científicos más relevantes de la época.

En ese mismo congreso también se encontraban Peter Debye, Irving Langmuir, Martin Knudsen, Auguste Piccard, Max Planck, William Lawrence Bragg, Emile Henriot, Paul Ehrenfest, Marie Curie, Hendrik Anthony Kramers, Edouard Herzen, Hendrik Antoon Lorentz, Théophile de Donder, Paul Adrien Maurice Dirac, Erwin Schrödinger, Arthur Holly Compton, Jules-Emile Verschaffelt, Paul Langevin, Charles-Eugène Guye, Wolfgang Pauli, Max Born, Charles Thomson Rees Wilson, Ralph Howard Fowler, Léon Brillouin y Owen Willans Richardson, los más grandes científicos de aquellos años.

Más tarde Alan Turing crearía su “Maquina de Turing”, básicamente un modelo para simular la lógica de cualquier algoritmo de computadora, es decir que la máquina de Turing no fue desarrollada con el objetivo de brindar una función práctica. Mencionamos a este desarrollo debido a que es fundamental en la historia de la computación cuántica.

Mucho más adelante en el tiempo, precisamente en el año 1981, Paul Benioff fue el primero en proponer la idea de una computadora cuántica, básicamente una máquina de Turing pero que funcionara de acuerdo a los enunciados de la mecánica cuántica. Un año después, Feynman planteó que una computadora cuántica podía ser mucho más rápida que cualquier otro dispositivo hasta el momento. Luego de ello aparecieron, en la década de 1990, los primeros algoritmos cuánticos y con estos algoritmos, las primeras aplicaciones y computadoras capaces de realizar cálculos cuánticos.

Todo ello gracias a entender el universo de la superposición, palabra que para comprender del todo su significado, por lo menos en el terreno de las computadoras, debemos entender primero como funciona una computadora digital o estándar.

Computadoras digitales y computadoras cuánticas

Las computadoras digitales, es decir las computadoras actuales, entre las que se incluyen tablets, teléfonos celulares, PC y demás dispositivos, como sabemos, funcionan utilizando los llamados bits, básicamente un lenguaje de unos y ceros. Esto es así tanto para el hardware como para el software. Es decir que cada vez que le damos una orden a una computadora digital, se crean, combinan, modifican y destruyen cientos de miles de cadenas de unos y ceros con el objetivo de llevar a cabo la tarea encomendada.

Estos bits no son otra cosa que estados, los cuales podemos denominar como “1” y “0”, y básicamente se corresponden con la ausencia o presencia de corriente eléctrica en los millones de transistores que conforman un procesador. Con este modo de funcionamiento se produce el llamado “Efecto túnel”, donde la miniaturización de los componentes es la culpable de que la potencia que se puede alcanzar se encuentre ya al borde sus posibilidades.

Esto es debido a que a más pequeños, estamos hablado de una escala de nanómetros, que sean los componentes, menores serán los tamaños de las implementaciones de estos procesadores, sin embargo, no se puede reducir el tamaño de los electrones que circulan por ellos, creándose el llamado efecto túnel, por lo cual era necesario desarrollar otros tipos de computadoras, que hicieran uso de soluciones que pudieran traspasar esta barrera. Aquí es donde comienzan a entrar en el juego las leyes cuánticas.

La evolución cuántica

Como mencionamos, la tecnología necesitaba de otro enfoque para poder enfrentar la barrera del “efecto túnel”, por lo cual se comenzó a explorar y se encontró que una de las maneras más eficaces era utilizar las propiedades conocidas de la mecánica cuántica, las cuales ya estamos en condiciones de poder utilizar y manipular a nuestro favor. Estas propiedades incluyen la superposición y el entrelazamiento. Cabe destacar que a este momento se lo denomina primera revolución cuántica.

La llamada superposición cuántica es una característica que tienen los sistemas cuánticos, que les permite encontrarse en una combinación de varios estados simultáneamente. Por otra parte, el entrelazamiento cuántico se da cuando dos o más sistemas cuánticos interactúan entre sí.

La combinación de estas dos propiedades, la superposición y el entrelazamiento, nos permiten crear estados que no son los habituales, es decir que son capaces de mostrar propiedades exóticas, lo que nos abre una puerta a diferentes tecnologías que hasta el día de hoy son desconocidas.

Todo ello sucede gracias a las mencionadas características cuánticas “superposición”, la cual describe cómo una partícula puede estar en diferentes estados al mismo tiempo, y “entrelazamiento”, que explica como un conjunto de partículas mínimo entrelazadas se encuentran unidas en su existencia de forma tal que aunque existan miles de años luz entre ellas el cambio de estado de una de una de esas partículas afectará al resto de forma inmediata y sin que medie nada entre ellas.

Segunda revolución cuántica

La llamada segunda revolución cuántica está basada en la posibilidad de crear y manipular sistemas cuánticos en forma individual, lo que nos permite aislar y manipular electrones o fotones de forma aislada para utilizarlos de manera que se adapten a nuestros objetivos, controlando cómo y cuándo interaccionan entre ellos.

Como mencionamos más arriba, las computadoras digitales usan “1” y “0”, llamados “bits”; en cambio en las computadoras cuánticas la unidad básica de información es el “Qubit”. Esto qubits son básicamente unidades cuánticas individuales a las cuales podemos establecer estados de superposición o entrelazamiento con otros qubits, controlando la intensidad con qué lo hacen. Esto último es imposible de llevar a cabo con la actual tecnología de transistores, lo que marca la enorme diferencia entre ambos sistemas.

La computadora cuántica

Las computadoras cuánticas, como su nombre lo indica, se aprovechan de las propiedades cuánticas de ciertos elementos como la superposición y el entrelazamiento para poder ejecutar algoritmos cuánticos, usando los llamados qubits, que nos permiten alcanzar capacidades de procesamiento mucho más altas que todo lo visto hasta ahora.

Sin embargo, es errado pensar que las computadoras cuánticas hacen lo mismo que las computadoras digitales pero mucho más rápido. El verdadero propósito de un sistema cuántico como este es resolver operaciones a través de los llamados algoritmos cuánticos, de los cuales hablaremos más adelante, de manera mucho más eficiente. Es decir que para poder tener una computara cuántica para jugar Minecraft vamos a tener que esperar mucho tiempo.

Para entender esto, nada mejor que un ejemplo. En este necesitamos que una computadora digital calcule la ruta más viable para llegar a un destino cualquiera entre 1000 alternativas. En este caso, la computadora digital necesitará repetir el proceso de cálculo 1000 veces hasta encontrar la ruta más directa.

En cambio una computadora cuántica, gracias al proceso llamado “Paralelismo cuántico”, es capaz de analizar todas las alternativas a la vez, ahorrando una considerable cantidad de tiempo. Esta capacidad hace que las computadoras cuánticas tengan una relevancia tan importante en el mundo actual, ya que si se consigue más poder de cómputo podremos obtener más beneficios.

En este sentido, ya existen algunas soluciones basadas en la computación cuántica, sobre todo en el ámbito de la investigación científica, sin embargo existen algunas aplicaciones de computadoras cuánticas en el mercado comercial, como las ofrecidas por IBM con su System One.

Sin embargo, la computadora cuántica por el momento no podrán remplazar a las computadoras digitales, sino que son dos tecnologías que se complementarán y cooperarán juntas por muchos años.

Para que sirven las computadoras cuánticas

Las computadoras dejaron hace años de ser sueños sobre un papel, en la actualidad existen computadoras cuánticas en funcionamiento y la mayoría de los gobiernos y las empresas de alta tecnología están envueltas en el desarrollo de este tipo de tecnología, ya que han demostrado con creces que una vez que se hayan instalado a todos los niveles, estas computadoras cuánticas revolucionarán la forma en cómo diversos sectores tales como la economía, la industria, la investigación y los negocios se desarrollen y crezcan, ofreciendo, gracias a la gran capacidad de cómputo de estas computadoras cuánticas mejores y más sofisticados servicios a sus clientes.

En este sentido, lo que prometen las computadoras cuánticas es superar la capacidad de procesamiento de las computadoras actuales con el objetivo de resolver problemas y situaciones que no es posible solucionar con las computadoras digitales. Sin embargo, esta es una tarea en extremo difícil, ya que una computadora cuántica no se parece en nada a una computadora como las que conocemos los usuarios, y plantea importantes desafíos.

Una computadora cuántica no funciona de igual modo que una computadora digital, ya que no cuenta con ninguno de los elementos a los cuales nos hemos acostumbrado a usar, es decir que no tienen memoria ni disco duro. Básicamente la computación cuántica consiste en almacenar información en los llamados estados cuánticos de la materia y utilizar operaciones de puertas cuánticas para poder llevar a cabo el proceso de esta información almacenada.

Para que esto suceda debemos aprender a programar la interferencia cuántica. En este sentido, debemos desarrollar los llamados algoritmos cuánticos que utilicen las ya mencionadas particularidades del entrelazamiento y la superposición, lo que nos permitirá sacar todo el potencial de estas computadoras cuánticas con el fin de solucionar cálculos muy complejos que hoy están lejos del alcance de las computadoras digitales, como por ejemplo calcular la configuración de moléculas con un gran número de electrones, situaciones en las que los algoritmos de la computación clásica fracasan.

Si bien se están llevando a cabo todo tipo de pruebas, e incluso como mencionamos más arriba ya existen computadoras cuánticas comerciales como la IBM System One, por el momento se ignora todo el potencial que este tipo de tecnología puede alcanzar. Sin embargo, lo que se ha visto es suficiente para que muchas empresas comenzarán a invertir en su investigación y desarrollo.

Las áreas de la industria y la investigación que más han contribuido al desarrollo de la tecnología cuántica son por ejemplo la industria química para fármacos y materiales, las empresas petroleras para el desarrollo de nuevos materiales, la automotriz para el desarrollo de nuevos materiales que permitan mejorar las producciones y los vehículos, la industria de la seguridad y la logística, entre muchas otras.

Algunas de las empresas tecnológicas que investigan las computadoras cuánticas son por ejemplo Microsoft, Alibaba, Tencent, Nokia, Airbus, HP, AT&T, Toshiba, Mitsubishi, SK Telecom, Thor, Lockheed Martin, Righetti, Biogen y Volkswagen.

El caso es que la computación cuántica permite llevar el desarrollo de la inteligencia artificial mucho más allá de lo que imaginamos, y en un futuro no muy lejano, todo se moverá a través de grandes centros de AI, y los principales actores de la economía mundial no quieren quedar fuera de esta revolución tecnológica.

Algunos de los principales motivos por los cuales las computadoras cuánticas todavía no son una realidad para todos los usuarios, son que además de ser muy difíciles de desarrollar, también lo son de construir, ubicar físicamente y programar, y sobre todo no existe presupuesto que pueda abarcar la compra de una computadora cuántica.

Es por ello que las computadoras cuánticas tienen un nicho de mercado proyectado ubicado en el mismo lugar que hoy ocupan las supercomputadoras. Si bien como mencionamos IBM ya tiene en el mercado una computadora cuántica, como así también D-Wave y otras empresas, lo cierto es que se trata sólo de la punta del iceberg, ya que los expertos indican que las primeras computadoras comerciales cuánticas de uso general aparecerán en el mercado hacia la tercera o cuarta década del siglo XXI, con computadoras cuánticas que sean capaces de superar por lo menos los 1000 qubits.

Bits y qubits

Como hemos visto a lo largo de este artículo, la unidad en la que calculan las computadoras cuánticas son los qubits, unidades que provienen de las leyes de la mecánica cuántica. Más técnicamente hablando, estos términos en idioma inglés hacen referencia “quantum bit”, que en español significa “bit cuántico”, el cual también es acortado a “Qubit”.

Explicábamos más arriba que las computadoras digitales utilizan los valores de “1” y “0”, los cuales representan dos estados, “Encendido” o “Apagado”, podría decirse. En cambio los qubits pueden son capaces de utilizar ambos valores simultáneamente, algo conocido como “superposición”, o hasta incluso valores intermedios. Esto permite que las computadoras cuánticas puedan procesar más información en el mismo tiempo que una computadora convencional. En los sistemas cuánticos, la cantidad de qubits nos indica el número de estados que pueden estar en superposición.

En este sentido, dos bits son capaces de representar los cuatro estados: 00, 01, 10, u 11, sin embargo, sólo podrá tomar uno de los cuatro estados. En los sistemas cuánticos basados en qubits, dos qubits también puede representar los cuatro estados 00, 01, 10, o 11, pero también podría ser capaz de tomar los cuatro estados en forma simultánea.

Como los estados de un qubit se rigen a través de las leyes de la mecánica cuántica, no hay forma de poder conocer su estado hasta que ducho qubit haya sido medido medido. Por este motivo es que solo es posible predecir sus estados mediante probabilidades.

Básicamente, los estados cuánticos de un qubit se pueden representar en dos formas: Fundamental |0⟩ o el estado Excitado |1⟩, los cuales serían similares a los bits clásicos 0 y 1.

Cómo funciona una computadora cuántica

Una de las condiciones clave para que las partículas que actúan como qubits puedan ser leídas y escritas, es que las mismas deben encontrarse perfectamente controladas y ser estables el tiempo suficiente como que ambas cosas sucedan. Esto es debido a que todavía los materiales de los que se componen los qubits están siendo estudiados todavía, y para poder controlarlos se utilizan dispositivos de control basados en materiales superconductores y trampas de iones.

Para atrapar estos iones, en estas trampas se utilizan campos ópticos o campos electromagnéticos formando una especie de malla, aunque también es posible usar una combinación de ambos. Para entrelazar sus estados de giro mediante sus vibraciones, se empujan los iones mediante el empleo láseres de control.

También existen otros tipos de mecanismos de control, pero son realmente muy complejos de diseñar y poner en funcionamiento, ya que sus circuitos de materiales superconductores se deben enfriar a temperaturas muy bajas, casi de cero absoluto, es decir unos −273,15 C°. Asimismo, no debe haber ningún tipo de resistencia eléctrica. En estas condiciones es casi imposible que la circulación de electrones se agote. Para controlar los qubits se utilizan sistemas que permiten la modificación de la corriente que circula por el circuito.

Con estos mecanismos es posible controlar una cantidad importante de átomos, y funcionan mucho mejor que los dispositivos basados en trampas de iones. Algunas de las empresas tecnológicas que utilizan este tipo de materiales superconductores para el funcionamiento de sus computadoras cuántica son Google, Waves-D e IBM, entre otras.

Asimismo, existen otras tecnologías de fabricación de computadoras cuánticas, basados en materiales semiconductores y componentes de estado sólido, sin embargo, estas no alcanzan el grado de perfección y estabilidad necesarias. También se están llevando a cabo estudios con otros tipos de sistemas cuánticos, como los sistemas ópticos cuánticos, los cuales utilizan trampas ópticas para atrapan fotones, mediante ondas de luz que controlan dichos fotones.

Lenguajes de programación de computadoras cuánticas

Si bien los lenguajes cuánticos han existido antes de crearse las primeras computadoras cuánticas, lo cierto es que dichos lenguajes eran utilizados para simular el comportamiento de algoritmos cuánticos en computadoras digitales. Este hecho cambió cuando se comenzaron a construir las primeras computadoras cuánticas, tras lo cual comenzó una carrera por parte de empresas e institutos de investigación primero para desarrollar un lenguaje de programación para sus propios dispositivos y luego para intentar estandarizarlos para todas las demás computadoras cuánticas. Sin embargo es un camino sinuoso, y sin la colaboración de todos los actores es difícil de llevar a cabo.

Este hecho ha motivado que se comenzarán a desarrollar lenguajes de programación cuánticos de código abierto, es decir que se puede contribuir a la mejora y extensión de estos lenguajes para luego utilizarlo en sus propios desarrollos, lo que también ha llevado a la búsqueda del llamado “lenguaje de programación cuántico universal”, lo que permitirá un desarrollo mucho más rápido y enfocado.

En la actualidad, existen varios lenguajes de programación cuántica como por ejemplo QCL (Quantum Computing Language), Q# u OpenQASM (Open Quantum Assembly Language), y también es posible programar circuitos básicos de computación cuántica usando JavaScript o Python, pero a la par se están desarrollando también nuevos lenguajes de programación, que pretenden solventar todos los problemas que se puedan encontrar para programar una computadora cuántica.

Algoritmos cuánticos

En términos de computación cuántica, un algoritmo cuántico básicamente es un algoritmo que se ejecuta en un modelo realista de cálculo cuántico, el cual es el modelo más utilizado de circuito cuántico de cálculo.

Como sabemos, un algoritmo clásico, es decir que no es un algoritmo cuántico, es una secuencia finita de instrucciones, o un procedimiento utilizado para resolver paso a paso un determinado problema.

En el caso de los algoritmos cuánticos, también se trata de procedimientos paso a paso, donde cada uno de los pasos se puede realizar en un ordenador cuántico. Aunque todos los algoritmos clásicos también se pueden realizar en una computadora cuántica, el término algoritmo cuántico se utiliza más específicamente en la computación cuántica cuando es necesario incluir características propias de la misma como la superposición o el entrelazamiento.

Si bien en teoría los algoritmos cuánticos son mucho más capaces en términos de proceso de información que los algoritmos clásicos, lo cierto es que la mayor parte de esta capacidad se disipa en las mediciones, aunque siempre la información que se obtiene sea mucho más útil que la obtenida mediante un algoritmo clásico.

Algoritmos cuánticos más conocidos

Una de las más importantes propiedades de la computación cuántica es el llamado “paralelismo implícito”, el cual permite procesar un número exponencial de transformaciones básicas mediante un número lineal de qubits en un sistema cuántico. En este punto existen diversos algoritmos cuánticos que permiten aprovechar esta ventaja, los cuales mencionaremos a continuación.

Algoritmo de Deutsch-Jozsa, o "cómo mirar las dos caras de la moneda a la vez".

El algoritmo de Deutsch-Jozsa fue desarrollado y propuesto por David Deutsch y Richard Jozsa en 1992 y fue mejorado por Richard Cleve, Artur Ekert, Chiara Macchiavello, y Michele Mosca posteriormente, más precisamente en 1998.

La función básica de este algoritmo cuántico es la determinar si una función de tipo caja negra es del tipo “constante” o “balanceada”. Cabe destacar que este algoritmo cuántico no tienen demasiadas aplicaciones prácticas, sin embargo es utilizado como uno de los mejores ejemplos de un algoritmo cuántico que se ha demostrado ser más rápido que cualquier otro posible algoritmo clásico determinista.

Algoritmo de Shor, o "cómo factorizar en tiempo polinómico".

El algoritmo de Shor, desarrollado y propuesto por Peter Shor en 1995 se encuentra muy relacionado con la aritmética modular, y es también el algoritmo cuántico más conocido cuando se habla de seguridad y criptografía.

También Peter Shor desarrolló la corrección de errores cuántica, y que fuera uno de los primeros métodos para asegurar una computación cuántica a prueba de errores. Esto significó un avance más que importante, ya que debido a su naturaleza cuántica, las correcciones de errores de la computación digital no se puede aplicar al campo cuántico.

Algoritmo de Grover, o "cómo hallar una aguja en un pajar".

El algoritmo desarrollado por Lov Grover, y publicado en 1996, fue capaz de mostrar que un problema de utilidad práctica podía ser resuelto más rápidamente con un algoritmo cuántico que con el mejor algoritmo clásico disponible.

El estado de la computación cuántica actual

Si bien la computación cuántica no es un campo en el cual se den demasiados giros o evolucione muy rápido, lo cierto es que cada día que pasa se dan pequeños pasos, los cuales con el tiempo se traducirán en una tecnología de la cual no vamos a poder desprendernos.

La computación cuántica real, es decir la de los dispositivos que están operando y generando expectativa, lleva unos pocos años entre nosotros, generalmente en ámbitos de investigación y desarrollo, pero sin embargo es una tecnología que todos quieren que avance y se expanda hasta el único rincón, por este motivo las empresas ponen a disposición de los usuarios herramientas que les permitan generar proyectos propios e interactuar de primera mano con computadoras cuánticas.

Uno de estos proyectos es el llamado IBM Quantum Experience, un simulador de computadora cuántica, el cual desde 2016 permite que cualquier usuario con una simple conexión a internet, y por supuesto los conocimientos necesarios puede diseñar y correr sus propios circuitos cuánticos.

Más tarde, precisamente en el año 2019 otra vez IBM alcanza los más alto del podio, lanzado al mercado la primera computadora cuántica para uso comercial del mundo, la Q System One, un sistema cuántico que utiliza 20 qubits.

Ese mismo año, en octubre, Google anuncia que había alcanzado la supremacía cuántica, lo que significa que fue capaz de desarrollar y construir un dispositivo con el cual es posible resolver problemas que ninguna computadora o supercomputadora digital podía.

El futuro de la computación cuántica

No cabe ninguna duda que las computadoras cuánticas son el futuro de la ciencia de la computación, y con el paso de unos pocos años veremos avances en ellas que realmente nos sorprenderán.

En este sentido, podemos pensar que la computación digital también tiene un futuro brillante por delante, ya que se habla de tecnologías futuristas y materiales de construcción que prometen progresos hasta ahora impensados, pero duchos progresos sólo conseguirán aumentar la capacidad de la computación digital de manera línea, al contrario de la computación cuántica, cuyo crecimiento es exponencial.

A pesar de su complejidad de concepto, la computación cuántica no requiere de tecnologías sofisticadas para su fabricación ni puesta en funcionamiento, una ventaja que la computación digital clásica no posee, ya que su desarrollo depende casi exclusivamente de otras tecnologías que también se encuentran en desarrollo, como la nanotecnología y otros elementos que todavía están siendo estudiados.

En la actualidad, dentro del ámbito de estudio de la computación cuántica, se habla de producir más capacidad de qubits mediante la utilización de moléculas de cafeína, hidrógeno o cloroformo, muy lejos del concepto de la computación digital clásica, con componentes como unidades de almacenamiento, procesador, tarjetas de video, audio y demás fabricados de silicio, plástico y metal.

Cuando los científicos a finales de la década de 1940 soñaban con disminuir algún día el tamaño de aquellas primeras computadoras para hacerlas funcionar apenas con un par de miles de tubos de vacío, no podían imaginar siquiera que el silicio de los microprocesadores pudiera ir tan lejos como para permitirnos crear un dispositivo llamado teléfono inteligente.

Hoy en días las cosas son un poco diferentes, el conocimiento es mucho mayor, y las herramientas que tenemos para alcanzar los objetivos que nos proponemos son muchas y muy potentes. Esto significa que las computadoras cuánticas quizás en un futuro no muy lejano no sean del modo en que las imaginamos, grandes superficies con aspecto futurista, y que hasta es posible que no tengan una forma reconocible de computadora.

Esto es debido a los constantes avances de la computación cuántica, con cientos de trabajos científicos concentrados en llevarla cada día a hacia un escalón más alto, y que contemplan diferentes aspectos como el desarrollo de qubits, algoritmos cuánticos, aplicaciones de la informática cuántica y muchos otros aspectos. Sin embargo, los papeles científicos que más llaman la atención a todo tipo de usuarios son aquellos que hablan sobre la aplicación práctica de la computación cuántica y la modelación de sistemas físicos.

Todos estos estudios nos indican que la computación cuántica en apenas unos 25 años conseguirá una capacidad de proceso y velocidad que todavía no tenemos idea de hacia dónde nos llevará. Muchos incluso aseguran que la computación cuántica, cuando tome contacto con la inteligencia artificial y la llamada Internet de las cosas, alcance un nivel increíble, pudiendo aprender por sí misma a una velocidad asombrosa, con lo cual podrá estar en posición de tomar decisiones que hasta hoy eran potestad de otros ámbitos, con todas las ventajas y peligros que ello conlleva.