William Daniel Phillips, premio
Nobel de Física en 1997, opina que la computación cuántica supone un salto
tecnológico sin comparación a los que hemos vivido hasta ahora, más grande
incluso que el existente entre el ábaco y la informática actual.
La mecánica
cuántica surge a principios del siglo pasado como el campo de la física que
describe el comportamiento de la naturaleza a niveles subatómicos (por ejemplo,
de partículas como fotones o electrones), para el que la mecánica clásica no
encontraba una solución satisfactoria. Posteriormente, a principios de los
ochenta, el físico estadounidense Richard Feynman planteó la construcción de un
ordenador cuyos estados internos fueran variables cuánticas. Este premio Nobel,
junto con el también estadounidense Paul Benioff y el matemático ruso Yuri
Manin sentaron las bases de esta nueva computación, empezando así la segunda
revolución cuántica. Esta atrajo el interés de las agencias de seguridad de
varios gobiernos, cuando el físico estadounidense Charles Bennett y el
canadiense Gilles Brassard propusieron el primer protocolo de criptografía
cuántica y el matemático estadounidense Peter Shor un algoritmo que reduce
drásticamente el tiempo de ejecución de la factorización de números, una de las
bases de la criptografía actual.
Igual que
la informática clásica se basa en el concepto de bit (que puede tomar el valor
0 o 1), en la informática cuántica el cúbit (del inglés qubit, quantum bit), es
la unidad mínima de información. A diferencia del bit, que solo puede estar en
uno de esos dos estados, el cúbit puede encontrarse simultáneamente en los
estados 0 y 1. Es como si pasáramos de un interruptor de la luz que la apaga o
la enciende, a uno que nos deja tener muchos estados intermedios. Así con 10
cúbits tendríamos 1.024 estados simultáneos y, cada vez que añadimos un cúbit,
duplicamos la potencia de cálculo.
Hay que
tener en cuenta que generar y manejar los cúbits es un enorme desafío
científico y de ingeniería, ya que hay que evitar que los cúbits interactúen
con el entorno hasta que sean medidos, para lo que, en algunos casos, se
enfrían los circuitos a temperaturas más bajas que la del espacio profundo
(cercanas al cero absoluto, -273 grados centígrados). A pesar de ello, en la
actualidad los ordenadores cuánticos presentan todavía muchos errores, ya que
se pierde la coherencia de los valores de los cúbits.
Existen dos
formas de trabajar con ordenadores cuánticos. Una es la basada en el llamado
temple cuántico (quantum annealing) ―empleada por la compañía D-Wave― en los
que el problema a resolver se hace corresponder con un modelo cuya solución es
el estado de energía más bajo del sistema y que son adecuados para ejecutar
problemas de optimización. La otra es la de ordenadores que soportan la
computación cuántica basada en puertas ―empleada por IBM, Google o Rigetti―, en
la que un problema se descompone en una secuencia de operaciones básicas primitivas,
que se realizan mediante puertas cuánticas. Hay que tener en cuenta que los
ordenadores cuánticos no sustituyen a los actuales, sino que conviven en
arquitecturas híbridas en las que un ordenador clásico envía al ordenador
cuántico las instrucciones oportunas, recogiendo y procesando los resultados
que este le devuelve.
Los
ordenadores cuánticos no solo permiten simular mucho mejor la naturaleza, sino
también ejecutar algoritmos que para los ordenadores “clásicos” son
impracticables, ya que tardarían demasiado tiempo ―en algunos casos, incluso el
mayor supercomputador del mundo, varios millones de años― o necesitarían una
memoria casi infinita. De hecho, en 2019 Google anunció la “supremacía
cuántica” con un experimento diseñado por el español Sergio Boixo: un ordenador
cuántico logró hacer en unos minutos algo que a un superordenador convencional
le llevaría miles de años.
Existen
cientos de aplicaciones interesantes para este nuevo tipo de informática en
campos como la economía y servicios financieros, química, medicina y salud,
logística y cadena de suministro, energía y agricultura. Y, por supuesto, la
informática cuántica impacta de modo fundamental en la ciberseguridad y en la
Inteligencia Artificial. Ello ha impulsado a muchos gobiernos (EE UU, la Unión
Europea, Países Bajos, Francia o Alemania) a incluir las tecnologías cuánticas
en sus agendas y ecosistemas de investigación.
Con el fin
de contribuir a que la informática cuántica sea una realidad, un conjunto de
investigadores y profesionales de la informática [entre los que se incluye el
firmante de este artículo] propuso en el Manifiesto sobre la Ingeniería y la
Programación del Software Cuántico, la implicación de todos: las empresas y los
profesionales, identificando los proyectos que puedan beneficiarse de esta
tecnología; los científicos, intentando resolver las cuestiones pendientes; los
gobiernos apoyando la investigación y transferencia, y los académicos,
considerando la informática cuántica en los currículos y planes de estudio. La
computación cuántica ofrece la oportunidad de experimentar lo mismo que los
pioneros de la informática en los años sesenta del siglo pasado y ser
protagonistas de esta nueva era.
Fuente: El Pais.com