POR JOEL GONZÁLEZ / MOBILE APPS DEVELOPER
La computación cuántica presenta uno de los avances más fascinantes y complejos, en un mundo donde la información y su manejo se han vuelto un bien demasiado valioso.

En los últimos años, se ha comenzado a dar foco a la computación cuántica como un avance que nos empujará a nuevos escalones en la ciencia y la tecnología. Esto, de la mano de la física y la mecánica cuántica y sus principios fundamentales, solucionando problemas “imposibles” para las computadoras actuales y cambiando la forma de procesar la información como hasta ahora.

En este ensayo exploraremos sus inicios, sus principios fundamentales, así como el prometedor horizonte que se vislumbra en los avances tecnológicos.

Inicio de la computación cuántica

El concepto de computación cuántica apareció en la década de 1980, cuando algunos científicos (Richard Feynman y David Deutsch, entre otros) sugirieron que las computadoras podían aprovechar los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos que serían imposibles para las computadoras clásicas.

Feynman, en particular, se dio cuenta de que simular sistemas cuánticos con computadoras clásicas era ineficiente y propuso el uso de qubits, creando así la unidad básica de información en la computación cuántica, que podría representar múltiples estados simultáneamente gracias a la superposición cuántica, siendo este uno de los principios fundamentales. Al intentar relacionar dos qubits se puede encontrar otro de los principios denominado entrelazamiento cuántico.

El resultado de combinar estos principios genera un poder de procesamiento sin precedentes. Las computadoras cuánticas pueden abordar problemas complejos en campos como la criptografía, la simulación de materiales y la optimización de procesos, los cuales las computadoras clásicas sólo pueden completar en tiempos exorbitantes.

A continuación, presentamos los principios de la computación cuántica:

Qubits y superposición

A diferencia del bit clásico (0,1), el qubit puede encontrarse en una superposición de ambos estados simultáneamente, siendo que un solo qubit puede representar múltiples estados al mismo tiempo, siendo esta mucha más información que un bit convencional.

 La imagen muestra la esfera de Bloch, una representación gráfica de los estados posibles de un qubit. Este modelo ayuda a visualizar la superposición y la manipulación de qubits como rotaciones en un espacio tridimensional.

 Esta propiedad permite que las computadoras cuánticas puedan procesar una cantidad exponencial de información simultáneamente.

Entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento es un fenómeno cuántico en el que dos qubits comparten un estado común (interdependientes), sin importar la distancia entre ellos. Es decir, el estado de uno afecta instantáneamente al estado del otro, sin importar la distancia que los separe. Esta característica es crucial para la comunicación cuántica y para ciertos algoritmos que requieren una coordinación precisa entre qubits.

La imagen representa dos qubits entrelazados, conectados por una especie de lazo de información invisible. Es un fenómeno fascinante que Albert Einstein llamó "spooky action at a distance".

Operaciones básicas entre dos qubits (versión no formal)

Tomemos la idea más simple al respecto. Si un qubit es como una moneda girando (se desconoce cuál de las dos caras toma hasta que se detiene), cuando tienes dos qubits las cosas se ponen interesantes y geniales.

• Puedes hacer que un qubit dependa del otro. Ejemplo: si el primero está en 1 haces que el segundo cambie su valor. Esto es lo que hace una operación booleana NOT.
  
• Puedes tenerlos entrelazados, como si fueran uno mismo y sintieran lo mismo, aunque estén en espacios distintos.
• También puedes girarlos, combinarlos y mezclarlos como si de bebidas se hablara.

En la imagen se aprecia una puerta CNOT. Si el qubit de arriba está en 1, el de abajo cambia (aplica una operación NOT), siendo una de las operaciones fundamentales para la lógica cuántica.

Conclusión

La computación cuántica aún está en sus primeras interacciones reales, aún se enfrenta a grandes desafíos técnicos en su desarrollo, pero el potencial es inmenso.

Hay que preguntarnos cuándo la tendremos en nuestras manos y qué se realizará con ésta.

Ya hay empresas como IBM, Google, Intel y startups como IonQ o Rigetti que están invirtiendo millones en el desarrollo de hardware cuántico. Hay diferentes formas de construir una computadora cuántica: con iones atrapados, superconductores, fotones o incluso con puntos cuánticos (tomando ejemplos de las anteriores mencionadas), pero aún no es claro cuál es el camino óptimo para lograrlo.

Se espera que en las próximas décadas la computación cuántica tenga aplicaciones en las siguientes áreas:

• Simulación de moléculas para nuevos materiales, medicinas, combustibles.
  
• Logística y optimización más complejas.
  
• Modelos climáticos, sociales, económicos, etc. (de alta complejidad).