¿Qué es el cómputo cuántico?

Hablar de ciencias de la computación o de mecánica cuántica puede resultar en un verdadero dolor de cabeza para casi cualquier persona que no esté vinculada a estas disciplinas de la ciencia moderna. Si hablamos entonces de cómputo cuántico puede ser que comience a salir humo de nuestras orejas y que la vista se nos nuble debido a la confusión. Lo cierto es que la fusión de ambas disciplinas puede ayudar a optimizar procesos como la simulación de reacciones físicas y químicas o la mejora de la logística en industrias como el transporte.

En efecto, el cómputo cuántico une el desarrollo que hasta el momento han tenido las ciencias de la computación, es decir, la ingeniería y experimentación que existe detrás de la construcción y el uso de computadoras, con una disciplina que a pesar de tener casi 100 años de evolución, pocos alcanzamos a comprender, la mecánica cuántica, que, de manera muy básica, estudia escalas pequeñas de la naturaleza: las moléculas, los átomos y las partículas subatómicas.

De acuerdo con Mauricio García, especialista en Cómputo Cuántico de IBM en México,

las personas tienden a pensar que con las tecnologías computacionales actuales, entre las que se encuentra, por ejemplo, el cómputo en la nube, contamos con una capacidad de procesamiento ilimitada; sin embargo, esto no es del todo cierto debido a dos limitaciones fundamentales:

1. Debido a la arquitectura utilizada para construir las computadoras tradicionales, se está llegando a un nivel máximo de miniaturización de los procesadores. Estamos a punto de llegar al límite del poder de cómputo que podemos reunir en un mismo espacio. Esta es una limitante a futuro.
2. Existen problemas cuya solución exige una capacidad de procesamiento exponencial y debido a que los procesadores actuales funcionan de manera secuencial, es decir que realizan una operación después de que han terminado otra, estos problemas no pueden ser resueltos con un poder de cómputo tradicional. Esta es una limitante actual.

"El cómputo cuántico es la utilización de las cualidades de los sistemas subatómicos: la superposición y el entrelazamiento, para abordar la solución a problemas que el cómputo tradicional no puede resolver”, dijo Mauricio García, en entrevista con El Economista.

¿Cómo funciona el cómputo cuántico?

En el modelo de cómputo tradicional, la unidad mínima de información es el bit, que puede tomar sólo dos valores: 0 y 1, es decir que es un sistema binario. Estos bits son combinados para construir representaciones de información: desde un documento en Word hasta una película grabada en formato digital. En el caso de un sistema cuántico, la unidad mínima de información es el Qbit, el cual cuenta con una mayor capacidad de representación que un bit normal, ya que puede tomar diversos valores a la vez, puede ser 0 y 1, o puede estar en una superposición de ambos valores.

“Cuando empezamos a combinar varios Qbits, existe la posibilidad de que no sólo ocurra la superposición de estos dos valores, sino una superposición simultánea de todos los Qbits que estemos combinando: un conjunto de dos Qbits puede representar una superposición de los valores 00, 01, 10 y 11 a la vez. Un conjunto de tres Qbits puede representar la superposición de los valores 000, 001, 010, 100, 011, 110,101 y 111 a la vez”, explicó Mauricio García.

Con este incremento exponencial de la capacidad de superposición de los Qbits —que también supone una mayor capacidad de representación de la información— un conjunto de 16 Qbits puede estar en una superposición de 65,000 estados a la vez; mientras que un conjunto de Qbits puede llegar a tener una capacidad de procesamiento de hasta 10 billones de operaciones a la vez, cuando los procesadores clásicos rondan los miles de millones de operaciones de forma secuencial.

La superposición de la que habla el especialista de IBM es sólo una de las propiedades de los sistemas cuánticos que se aprovechan en el cómputo cuántico, a la que se agrega lo que se conoce como entrelazamiento, una cualidad con la que dos Qbits que hayan sido entrelazados en una estrecha correlación pueden ser manipulados para hacer exactamente lo mismo, lo que garantiza que se puedan realizar operaciones con varios Qbits a la vez.

rodrigo.riquelme@eleconomista.mx

erp