En 1981, físico estadounidense y premio Nobel, Richard Feynman, dio una conferencia en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) cerca de Boston, en el que describió una idea revolucionaria. Feynman sugirió que la física extraña de la mecánica cuántica podría usarse para realizar cálculos.
El campo de computación cuántica nació. En los más de 40 años desde entonces, se ha convertido en un área intensiva de investigación en informática. A pesar de años de desarrollo frenético, los físicos aún no han construido computadoras cuánticas prácticas que sean adecuadas para el uso diario y las condiciones normales (por ejemplo, muchas computadoras cuánticas operan a temperaturas muy bajas). Las preguntas y las incertidumbres aún siguen siendo las mejores formas de alcanzar este hito.
¿Qué es exactamente la computación cuántica y qué tan cerca estamos de verlos entrar en todo el uso? Veamos primero computación clásicael tipo de computación en la que confiamos hoy, como la computadora portátil que estoy usando para escribir esta pieza.
Las computadoras clásicas procesan información utilizando combinaciones de «Bits»sus más pequeñas unidades de datos. Estos bits tienen valores de ya sea 0 o 1. Todo lo que hace en su computadora, desde escribir correos electrónicos hasta navegar por la web, es posible procesando combinaciones de estos bits en cadenas de ceros y otros.
Las computadoras cuánticas, por otro lado, usan bits cuánticos o qubits. A diferencia de los bits clásicos, los qubits no solo representan 0 o 1. Gracias a una propiedad llamada superposición cuánticalos qubits pueden estar en múltiples estados simultáneamente. Esto significa que un qubit puede ser 0, 1, o ambos al mismo tiempo. Esto es lo que le da a las computadoras cuánticas la capacidad de procesar cantidades masivas de datos e información simultáneamente.
Imagine poder explorar cada solución posible a un problema a la vez, en lugar de una vez a la vez. Te permitiría navegar a tu manera a través de un laberinto Al intentar simultáneamente todos los caminos posibles al mismo tiempo para encontrar los correctos. Por lo tanto, las computadoras cuánticas son increíblemente rápidas en Encontrar soluciones óptimascomo identificar la ruta más corta, la forma más rápida.
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Piense en el problema extremadamente complejo de reprogramar los vuelos de la aerolínea después de un retraso o un incidente inesperado. Esto sucede con regularidad en el mundo real, pero las soluciones aplicadas pueden no ser las mejores u óptimas. Para resolver las respuestas óptimas, las computadoras estándar deberían considerar, una por una, todas las combinaciones posibles de mudanza, rediring, retrasar, cancelar o agrupar vuelos.
Todos los días allí son más de 45,000 vuelosorganizado por más de 500 aerolíneas, conectando más de 4,000 aeropuertos. Este problema tomaría años para resolver una computadora clásica.
Por otro lado, una computadora cuántica podría probar todas estas posibilidades a la vez y dejar que la mejor configuración emerja orgánicamente. Los qubits también tienen una propiedad física conocido como enredo. Cuando los qubits están enredados, el estado de un qubit puede depender del estado de otro, no importa cuán lejos estén.
Esto es algo que, nuevamente, no tiene contraparte en la computación clásica. Enredar permite a las computadoras cuánticas resolver ciertos problemas exponencialmente más rápido que las computadoras tradicionales.
Una pregunta común es si las computadoras cuánticas reemplazarán completamente las computadoras clásicas o no. La respuesta corta es no, al menos no en el futuro previsible. Las computadoras cuánticas son increíblemente potentes para resolver problemas específicos, como simular las interacciones entre diferentes moléculas, encontrar la mejor solución de muchas opciones o tratar con cifrado y descifrado. Sin embargo, no son adecuados para todo tipo de tarea.
Las computadoras clásicas procesan un cálculo a la vez en una secuencia lineal, y siguen los algoritmos (conjuntos de reglas matemáticas para llevar a cabo tareas informáticas particulares) diseñados para usar con bits clásicos que son 0 o 1. Esto los hace extremadamente predecibles, robustos y robustos y robustos Menos propenso a los errores que las máquinas cuánticas. Para las necesidades de computación cotidiana, como el procesamiento de textos o navegar por Internet, las computadoras clásicas continuarán desempeñando un papel dominante.
Hay al menos dos razones para eso. El primero es práctico. Construir una computadora cuántica que pueda ejecutar cálculos confiables es extremadamente difícil. El mundo cuántico es increíblemente volátil, y los qubits son fácilmente alterados por las cosas en su entorno, como la interferencia de la radiación electromagnética, lo que los hace propensos a los errores.
La segunda razón radica en la incertidumbre inherente al tratar con los qubits. Debido a que los qubits están en superposición (no son 0 o 1), no son tan predecibles como los bits utilizados en la computación clásica. Por lo tanto, los físicos describen los qubits y sus cálculos en términos de probabilidades. Esto significa que el mismo problema, que usa el mismo algoritmo cuántico, se ejecuta varias veces en la misma computadora cuántica podría devolver una solución diferente cada vez.
Para abordar esta incertidumbre, los algoritmos cuánticos generalmente se ejecutan varias veces. Los resultados se analizan estadísticamente para determinar la solución más probable. Este enfoque permite a los investigadores extraer información significativa de los cálculos cuánticos inherentemente probabilísticos.
Desde un punto de vista comercial, el desarrollo de la computación cuántica todavía se encuentra en sus primeras etapas, pero el paisaje es muy diverso con muchas compañías nuevas que aparecen cada año. Es fascinante ver que, además de grandes empresas establecidas como IBM y Google, se unen las nuevas, como IQM, Pasta y startups como Alice y Bob. Todos están trabajando para hacer que las computadoras cuánticas sean más confiables, escalables y accesibles.
En el pasado, los fabricantes han llamado la atención sobre la cantidad de qubits en sus computadoras cuánticas, como una medida de cuán poderosa es la máquina. Los fabricantes están priorizando cada vez más formas de corregir los errores a los que las computadoras cuánticas son propensas. Este cambio es crucial para desarrollar computadoras cuánticas a gran escala y tolerantes a fallas, ya que estas técnicas son esenciales para mejorar su usabilidad.
El último chip cuántico de Google, Willow, recientemente demostrado Progreso notable en esta área. Cuantos más qubits Google usó en Willow, el más redujo los errores. Este logro marca un paso significativo hacia la construcción de computadoras cuánticas comercialmente relevantes que pueden revolucionar campos como Medicina, energía e IA.
Después de más de 40 años, la computación cuántica todavía está en su infancia, pero se espera un progreso significativo en la próxima década. La naturaleza probabilística de estas máquinas representa una diferencia fundamental entre la informática cuántica y clásica. Es lo que los hace frágiles y difíciles de desarrollar y escalar.
Al mismo tiempo, es lo que los convierte en una herramienta muy poderosa para resolver problemas de optimización, explorando múltiples soluciones al mismo tiempo, más rápido y de manera más eficiente que las computadoras clásicas pueden.
Vicinanza de DomenicoProfesor asociado de sistemas inteligentes y ciencia de datos, Universidad de Anglia Ruskin
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