¬ŅQu√© es una computadora cu√°ntica, qu√© ventajas tienen?

Una computadora cu√°ntica aprovecha algunos de los fen√≥menos casi m√≠sticos de la mec√°nica cu√°ntica para ofrecer grandes avances en la potencia de procesamiento. Las m√°quinas cu√°nticas prometen superar incluso a las supercomputadoras m√°s capaces de hoy y de ma√Īana.

Sin embargo, no acabarán con las computadoras convencionales. El uso de una máquina clásica seguirá siendo la solución más fácil y económica para abordar la mayoría de los problemas. Pero las computadoras cuánticas prometen impulsar avances emocionantes en varios campos, desde la ciencia de los materiales hasta la investigación farmacéutica. 

Las empresas ya están experimentando con ellos para desarrollar cosas como baterías más ligeras y potentes para coches eléctricos, y para ayudar a crear fármacos novedosos. El secreto del poder de una computadora cuántica radica en su capacidad para generar y manipular bits cuánticos o qubits. 

¬ŅQu√© es un qubit? 

Las computadoras de hoy usan bits, un flujo de pulsos eléctricos u ópticos que representan 1 s o 0 s. Todo, desde sus tweets y correos electrónicos hasta sus canciones de iTunes y videos de YouTube, son esencialmente cadenas largas de estos dígitos binarios.

Las computadoras cu√°nticas, por otro lado, usan qubits, que son t√≠picamente part√≠culas subat√≥micas como electrones o fotones. Generar y administrar qubits es un desaf√≠o cient√≠fico y de ingenier√≠a. Algunas empresas, como IBM, Google y Rigetti Computing, utilizan circuitos superconductores enfriados a temperaturas m√°s fr√≠as que el espacio profundo. 

Otros, como IonQ, atrapan √°tomos individuales en campos electromagn√©ticos en un chip de silicio en c√°maras de vac√≠o ultra alto. En ambos casos, el objetivo es aislar los qubits en un estado cu√°ntico controlado.

Los qubits tienen algunas propiedades cu√°nticas extravagantes que significan que un grupo conectado de ellos puede proporcionar mucha m√°s potencia de procesamiento que la misma cantidad de bits binarios. Una de esas propiedades se conoce como superposici√≥n y otra se llama entrelazamiento. 

¬ŅQu√© es la superposici√≥n? 

Los qubits pueden representar numerosas combinaciones posibles de  y 0 al mismo tiempo. Esta capacidad de estar simult√°neamente en m√ļltiples estados se llama superposici√≥n. Para superponer los qubits, los investigadores los manipulan utilizando l√°seres de precisi√≥n o rayos de microondas.

Gracias a este fen√≥meno contrario a la intuici√≥n, una computadora cu√°ntica con varios qubits en superposici√≥n puede procesar una gran cantidad de resultados potenciales simult√°neamente. El resultado final de un c√°lculo surge solo una vez que se miden los qubits, lo que inmediatamente hace que su estado cu√°ntico ¬ęcolapse¬Ľ a  o 0 . 

¬ŅQu√© es el enredo? 

Los investigadores pueden generar pares de qubits que est√°n ¬ęentrelazados¬Ľ, lo que significa que los dos miembros de un par existen en un solo estado cu√°ntico. Cambiar el estado de uno de los qubits cambiar√° instant√°neamente el estado del otro de una manera predecible. Esto sucede incluso si est√°n separados por distancias muy largas.

Nadie sabe realmente c√≥mo o por qu√© funciona el entrelazamiento.¬†Incluso desconcert√≥ a Einstein, quien lo describi√≥ como una ¬ęacci√≥n espeluznante a distancia¬Ľ.¬†Pero es clave para el poder de las computadoras cu√°nticas.¬†

En una computadora convencional, duplicar el n√ļmero de bits duplica su poder de procesamiento.¬†Pero gracias al entrelazamiento, agregar qubits adicionales a una m√°quina cu√°ntica produce un aumento exponencial en su capacidad para procesar n√ļmeros.

Las computadoras cu√°nticas aprovechan los qubits entrelazados en una especie de cadena cu√°ntica para hacer funcionar su magia. La capacidad de las m√°quinas para acelerar los c√°lculos utilizando algoritmos cu√°nticos especialmente dise√Īados es la raz√≥n por la que hay tanto ruido sobre su potencial.

Esa es la buena noticia. La mala noticia es que las m√°quinas cu√°nticas son mucho m√°s propensas a errores que las computadoras cl√°sicas debido a la decoherencia. 

¬ŅQu√© es la decoherencia? 

La interacci√≥n de los qubits con su entorno de formas que hacen que su comportamiento cu√°ntico decaiga y finalmente desaparezca se llama decoherencia.¬†Su estado cu√°ntico es extremadamente fr√°gil.¬†La m√°s m√≠nima vibraci√≥n o cambio de temperatura (perturbaciones conocidas como ¬ęruido¬Ľ en el habla cu√°ntica) puede hacer que se salgan de la superposici√≥n antes de que su trabajo se haya realizado correctamente.¬†Es por eso que los investigadores hacen todo lo posible para proteger los qubits del mundo exterior en esos refrigeradores y c√°maras de vac√≠o sobreenfriados.

Pero a pesar de sus esfuerzos, el ruido todav√≠a causa muchos errores que se introducen en los c√°lculos.¬†Los algoritmos cu√°nticos inteligentes¬†pueden compensar algunos de estos, y agregar m√°s qubits tambi√©n ayuda.¬†Sin embargo, es probable que se necesiten miles de qubits est√°ndar para crear uno √ļnico y altamente confiable, conocido como qubit ¬ęl√≥gico¬Ľ.¬†Esto minar√° gran parte de la capacidad computacional de una computadora cu√°ntica.

Y ah√≠ est√° el problema: hasta ahora, los investigadores no han podido generar m√°s de 128 qubits est√°ndar.¬†As√≠ que todav√≠a estamos a muchos a√Īos de obtener computadoras cu√°nticas que ser√°n ampliamente √ļtiles. Eso no ha mermado las esperanzas de los pioneros de ser los primeros en demostrar la ¬ęsupremac√≠a cu√°ntica¬Ľ.

¬ŅQu√© es la supremac√≠a cu√°ntica?

Es el punto en el que una computadora cu√°ntica puede completar un c√°lculo matem√°tico que est√° fuera del alcance de la supercomputadora m√°s poderosa.

Todavía no está claro exactamente cuántos qubits se necesitarán para lograr esto porque los investigadores siguen encontrando nuevos algoritmos para mejorar el rendimiento de las máquinas clásicas y el hardware de supercomputación sigue mejorando. Pero los investigadores y las empresas están trabajando duro para reclamar el título, realizando pruebas  contra algunas de las supercomputadoras más poderosas del mundo.

Hay mucho debate en el mundo de la investigación sobre cuán importante será lograr este hito. En lugar de esperar a que se declare la supremacía, las empresas ya están comenzando a experimentar con computadoras cuánticas fabricadas por empresas como IBM, Rigetti y D-Wave, una firma canadiense. 

Empresas chinas como Alibaba también ofrecen acceso a máquinas cuánticas. Algunas empresas están comprando computadoras cuánticas, mientras que otras están utilizando las que están disponibles a través de servicios de computación en la nube.

¬ŅD√≥nde es probable que una computadora cu√°ntica sea m√°s √ļtil primero?

Una de las aplicaciones m√°s prometedoras de las computadoras cu√°nticas es la¬†simulaci√≥n del comportamiento de la materia¬†hasta el nivel molecular.¬†Los fabricantes de autom√≥viles como Volkswagen y Daimler est√°n utilizando computadoras cu√°nticas para simular la composici√≥n qu√≠mica de las bater√≠as de los veh√≠culos el√©ctricos para ayudar a encontrar nuevas formas de mejorar su rendimiento.¬†Y las compa√Ī√≠as farmac√©uticas los est√°n aprovechando para analizar y comparar compuestos que podr√≠an conducir a la creaci√≥n de nuevos medicamentos.

Las máquinas también son excelentes para problemas de optimización porque pueden procesar una gran cantidad de soluciones potenciales extremadamente rápido. Airbus, por ejemplo, los está utilizando para ayudar a calcular las rutas de ascenso y descenso más eficientes en combustible para aviones. 

Y Volkswagen ha presentado un servicio que calcula las rutas óptimas para autobuses y taxis en las ciudades con el fin de minimizar la congestión. Algunos investigadores también creen que las máquinas podrían usarse para acelerar la inteligencia artificial.

Las computadoras cu√°nticas podr√≠an tardar varios a√Īos en alcanzar su m√°ximo potencial.¬†Las universidades y las empresas que trabajan en ellos se enfrentan a¬†una escasez de investigadores calificados¬†en el campo y¬†una falta de proveedores¬†de algunos componentes clave.¬†Pero si estas nuevas y ex√≥ticas m√°quinas inform√°ticas cumplen su promesa, podr√≠an transformar industrias enteras y acelerar la innovaci√≥n global.

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1 comentario en ¬ę¬ŅQu√© es una computadora cu√°ntica, qu√© ventajas tienen?¬Ľ

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