¿Qué es y cómo funciona un ordenador cuántico?

Todos hemos escuchado alguna vez las palabras ordenador cuántico, pero generalmente muy pocos saben de que se trata realmente. A muchos lo primero que se les viene a la mente, es un ordenador personal muy potente, capaz de realizar cualquier tarea pero a máxima velocidad, pero no se trata de un simple ordenador súper potente, es mucho más que eso.

Aunque se trata de maquinas totalmente fuera del alcance del público general, generan mucha curiosidad. En este articulo explicamos lo que es un ordenador cuántico y para que se usa generalmente y cuales son los fenómenos cuánticos en los que se basa su potencia.

¿Qué es un ordenador cuántico?

Los ordenadores cuánticos son maquinas mastodonticas que aprovechan algunos fenómenos de la mecánica cuántica para lograr grandes aumentos de potencia de procesamiento. Los ordenadores cuánticos son capaces de dejar a la altura del betún a cualquier super ordenador de sobremesa tradicional. Algo que se suele denominar como supremacía cuántica.

¿Significa esto que todos acabaremos teniendo un ordenador cuántico en casa para navegar por internet o jugar a videojuegos? Rotundamente no. Las maquinas clásicas seguirán siendo la solución habitual tanto para solucionar nuestros problemas y en la que basar nuestro ocio interactivo. También la más económica.

Los ordenadores cuánticos prometen ser un impulso para varios campos de avance tecnológico, como pueden ser la ciencia, la medicina o genética. Algunas empresas ya los están empezando a usar para desarrollar sus nuevos productos, como pueden ser nuevas materias más ligeras y duraderas para sustituir por completo el combustible térmico.

¿Cómo funciona un ordenador cuántico?

Estas maquinas no basan su potencia en un hardware convencional, como el que nos podemos encontrar en nuestros ordenadores domésticos, no se trata de tarjetas gráficas y procesadores a gran escala, va mucho más de eso, tanto en cantidad como en complejidad. El secreto del poder de un ordenador cuántico radica en su capacidad para generar y manipular los bits cuánticos o qubits.

¿Qué es un Qubit?

Los ordenadores tradicionales utilizan bits, megabytes, gigabits…. Un flujo de pulsos eléctricos u ópticos que representan unos y ceros. Todo el mundo virtual desde un email, una web o una película que vemos online, son esencial de una larga cadena de ceros y unos.

Los ordenadores cuánticos utilizan qubits, partículas subatómicas como electrones o fotones. El enfoque de algunas compañías como Google se basa en circuitos superconductores enfriados a temperaturas más bajas que el espacio profundo. Otras atrapan átomos individuales en campos electromagnéticos en un chip de silicio, en una cámara de vacío. En ambos casos el objetivo es aislar a los cúbits a un estado cuántico controlado.

Los qubits tienen algunas propiedades peculiares, que logran que un grupo de ellos sea capaz de dar mucha más potencia de procesamiento que la misma cantidad de bits binarios. Las más importantes se denominan la superposición y entrelazamiento cuántico.

¿Que es la superposición cuántica?

La superposición cuántica ocurre en la naturaleza, cuando una partícula elemental posee simultáneamente dos o más estados, como pasa con los fotones, que pueden permanecer en dos lugares diferentes al mismo tiempo, algo inimaginable en el mundo físico ordinario.

Esta propiedad se observa también en otras partículas como lo son los electrones o los neutrones, en los átomos o incluso en pequeñas moléculas. Este recorrido ha llevado a los científicos a preguntarse donde esta la frontera entre el mundo cuántico y lo que llamamos mundo real, cuando una partícula deja de ser cuántica y se somete a leyes físicas conocidas.

Gracias a este fenómeno, un ordenador cuántico con varios qubits en superposición puede llegar a una gran cantidad de posibles resultados de forma simultánea.

Entrelazamiento cuántico

Se pueden generar parejas de qubits «entrelazados», por lo cual ambos existen en un mismo estado cuántico. Cambiar el estado de uno de los qubits alteraría instantáneamente el estado del otro de una manera predecible, esto sucede incluso si estas separados a larga distancia.

No se sabe a ciencia cierta como funciona o por que lo hace realmente el entrelazamiento cuántico. Algo que fue capaz de desconcertar al mismísimo Albert Einstein, quien lo describiría como «una espeluznante acción a distancia». El entrelazamiento resulta vital para que los ordenadores cuánticos adquieran su gran poder. En un ordenador convencional, duplicar el número de bits duplica su capacidad de procesamiento. En el caso de un ordenador cuántico, añadir qubits adicionales produce un aumento exponencial de su capacidad.

Estas maquinas aprovechan los qubits entrelazados en una especie de cadena margarita cuántica para realizar las operaciones. La capacidad de las maquinas para acelerar los cálculos con los algoritmos cuánticos especialmente diseñados son la razón para que generen tanta expectación.

Pero no todo es excepcional en lo que a ordenadores cuánticos se refiere, ya que estos son muy susceptibles a errores, debido a la descoherencia computacional.

La descoherencia

Esto es un fenomeno que provoca que el comportamiento cuántico decaiga y finalmente desaparezca debido la interacción de los qubits con su entorno, ya que su estado cuántico es muy frágil. Una leve vibración o un cambio de temperatura puede provocar que estos salgan de la superposición antes de que la tarea se haya concluido. Por esto los qubits suelen ser almacenados en unas neveras y cámaras de vacío a muy baja temperatura.

El ordenador cuántico de Google

Google no ha querido quedarse atrás en lo que se refiere a tecnología cuántica, el gigante norteamericano ha desarrollado un ordenador cuántico capaz de realizar un calculo en 200 segundos, que en un super pc tradicional habría llevado diez mil años. Por ello proclama que los ordenadores cuánticos son el futuro inmediato. Aunque su competencia IBM no termina de estar de acuerdo.

Unos investigadores neutrales muestran que el ordenador cuántico de google, tenia que realizar un calculo de números aleatorios que solo podría tener éxito si todos los componentes del ordenador estuvieran funcionando en perfecta armonía.

Google no piensa quedarse atrás en esta carrera y por ello promete invertir mucho más capital en esta tecnología. Tratandose de Google podemos intuir que así será, aunque IMB no piensa quedarse de brazos cruzados ya que actualmente la mayoría de sus recursos se están dedicando a mejorar esta tecnología. El tiempo dirá si Google es capaz por si sola de desarrollar la supremacía cuántica o necesitara unirse a su competencia.

Se trata de una tecnología que nos puede beneficiar a todos, en el desarrollo de medicinas capaces de curar enfermedades incurables hasta el momento.

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