Te explicamos cómo funciona, la relevancia que tiene a nivel mundial y cómo los jóvenes puede prepararse para lo que viene.
Te explicamos cómo funciona y cuál es su futuro. (Foto: iStock)
Las tecnologías cuánticas, incluida la computación, se han convertido en un tema estratégico. Te decimos qué es una computadora cuántica.
Países y empresas han hecho públicos programas de investigación millonarios. Solo por mencionar algunos, la India, la Unión Europea y Estados Unidos –por separado– anunciaron una inversión por más de 1,000 millones de dólares.
Mientras, el gobierno ruso destinará 663 millones de dólares y Japón 280 millones de dólares, pero el más ambicioso y robusto es China con 10,000 millones de dólares.
Hace apenas un siglo se describió la mecánica cuántica, una teoría de la física que describe el comportamiento de átomos y partículas subatómicas. Si bien, su conceptualización fue teórica, en cuestión de décadas se le han encontrado aplicaciones.
Hoy se ha habla de computación cuántica, información cuántica o sensores cuánticos.
Las computadoras tradicionales usan bits, lenguaje binario de 0 y 1, como unidades fundamentales de memoria.
En las computadoras cuánticas la unidad fundamental de información es el qubit o quantum bit, que consiste en sistemas cuánticos de un nivel bajo o de baja excitación de energía que se define como 0 y niveles altos de mayor excitación definidos como 1.
A diferencia de los sistemas tradicionales, un qubit puede estar en cualquiera de los infinitos estados intermedios entre 0 y 1, como, por ejemplo, un estado que sea mitad 0 y mitad 1, o tres cuartos de 0 y un cuarto de 1.
Esta superposición simultánea y entrelazamiento hace que una computadora cuántica tenga una capacidad de procesamiento mucho mayor.
Los algoritmos cuánticos permiten realizar operaciones de una manera totalmente diferente, de acuerdo con el libro Tecnologías cuánticas. Una oportunidad transversal e interdisciplinar para la transformación digital y el impacto social, editado por el Banco Interamericano de Desarrollo (BID).
Un ejemplo del potencial que tienen las computadoras cuánticas es que para definir la ruta de un punto a otro en un mapa, digamos, del Centro Histórico de la Ciudad de México a la Zona Arqueológica de Teotihuacán, una computadora tradicional, exploraría una por una las opciones de ruta hasta encontrar el camino adecuado, en cambio, una computadora cuántica buscaría todos los caminos a la vez.
“Se sabe que la computación cuántica puede tener un gran impacto, pero no se sabe qué tan grande. Muchos agentes muy poderosos no piensan darse el lujo de quedarse atrás en el desarrollo de esta tecnología, por ello, muchas compañías están tratando de poner un estándar a la computación cuántica porque pueden controlar una buena parte del mercado”, explica Ernesto Campos, mexicano que realiza su doctorado en el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología, en Moscú, Rusia.
Entre los casos emblemáticos está el hallazgo de nuevas moléculas para el diseño de medicamentos, porque se pueden modelar de forma más rápida y simular su interacción en el organismo.
En una computadora cuántica es muy fácil vulnerar los mensajes encriptados, por ejemplo, de Whatsapp. Afortunadamente, las computadoras que existen actualmente son prototipos de investigación.
Lo que sí es un hecho es que la suma entre dispositivos, aplicaciones e internet cuánticos serán muy seguros, prácticamente imposibles de hackear.
Esta posibilidad resulta muy interesante para gobiernos y empresas ya que la seguridad es crucial para su estabilidad.
“Los bancos se interesan por esta tecnología porque buscan optimizar la forma de hacer inversiones, con una computadora cuántica las operaciones contemplarán más escenarios de riesgo. De igual forma, las empresas que se dedican a la distribución tienen interés porque buscan las rutas más cortas”, indicó Campos, egresado del Tec de Monterrey.
El cómputo cuántico fue ideado entre investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), el Instituto de Tecnología de California, la Universidad de Oxford, la Universidad de Cambridge y de investigadores de Rusia a finales de los 70.
Entre ellos está Richard Feynman, considerado uno de los padres de la computación cuántica.
Fue hasta 1997 que IBM con el MIT, Media Lab y la Universidad de Berkeley desarrollaron la primera computadora cuántica con apenas dos qubits y la carrera por desarrollar equipos con más qubits continúa.
La más potente al día de hoy fue desarrollada por Google y consta de 72 qubits, la siguiente sería de la compañía Regetti y constaría de 128 qubits, sin embargo, a la fecha no se ha dado a conocer.
“Es un logro fenomenal en la historia de la humanidad”, reconoce el doctor Salvador Venegas, profesor del Departamento de Computación del Tec de Monterrey, Campus Estado de México, “las computadoras cuánticas de hoy tienen un nivel de desarrollo equiparable a una computadora tradicional desarrollada en los 50. Es un gran avance”.
El pionero de la computación cuántica en México señala que ya se sabe cómo manipular diferentes tecnologías, fotones, átomos y ahora la pregunta es cómo hacer que las computadoras cuánticas que tienen 50 qubits mañana tengan 300 y después miles.
Más allá de los algoritmos, el desafío tiene que ver con ingeniería, un tema que se resuelve con dinero para comprar materiales y capital humano.
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Las computadoras cuánticas utilizan sistemas superconductores para construir qubits.
Se construyen a temperaturas muy bajas, cercanas al 0 absoluto, razón por la cual éstas y otras tecnologías trabajan en refrigeradores que son más fríos que la temperatura promedio del espacio exterior.
Esa es una de las razones por las cuales las computadoras de IBM se encuentran en laboratorios y no se pueden mover.
El experto explica que, aunque los sistemas superconductores son la tecnología dominante, se analizan otras opciones.
Una tecnología muy prometedora son los sistemas fotónicos, sistemas que usan luz para hacer procesamiento cuántico de la información porque los procesadores desarrollados al día de hoy que emplean fotónica trabajan a temperatura ambiente.
Ernesto Campos agrega que, como ocurría con las computadoras tradicionales en sus inicios, las computadoras cuánticas fallan, presentan errores, funcionan por unos cuantos microsegundos y luego mueren.
Con estas limitaciones, no se vislumbra aún el día en que estas computadoras lleguen a una etapa comercial.
En el Instituto Skolkovo donde realiza su doctorado, se encuentra trabajando en cómputo cuántico variacional.
“Nos enfocamos en tratar de romper el algoritmo y su limitación. Uso estos errores que tienen las computadoras cuánticas actuales y veo la forma de sacarles algún provecho. Encontramos que, efectivamente, en ciertos casos, este ruido que aparece en las computadoras cuánticas se puede usar de manera más efectiva para entrenar a estas redes neuronales cuánticas”.
Salvador Venegas considera que ante los recortes presupuestales al sector de ciencia y tecnología en México hay muy pocas posibilidades de que en alguna universidad o instituto nacional se realice investigación experimental de cómputo cuántico.
Los alumnos y profesores que quieran hacerla tendrán que migrar a otro país en donde sí existe el ambiente idóneo para la innovación.
Pone como ejemplo el trabajo de mutuo beneficio que han establecido Google y Amazon con universidades de Estados Unidos.
El profesor John Martinis, quien trabajaba en la Universidad de California Santa Bárbara, se unió al equipo de Google para desarrollar su computadora cuántica y recientemente se fue a Australia contratado por la compañía Silicon Quantum Computing.
John Preskill es investigador del Instituto de Tecnología de California y trabaja simultáneamente en el equipo de investigación de la computación cuántica de Amazon Web Services. Allá no hay conflictos por el vínculo empresa-universidad.
“En el caso mexicano este ecosistema no existe, pero los jóvenes tienen oportunidad en el desarrollo de software. Es cierto que no es necesario tener una computadora cuántica para poder programarla, se puede acceder a ellas de manera remota. Pienso que hay oportunidad clara si los jóvenes toman cursos en internet que no necesariamente les darán títulos universitarios, pero sí les otorgarán la experiencia para poder insertarse en la economía del conocimiento”.
Las personas que se van a requerir en el mundo de la tecnología cuántica es muy alta en todo el mundo.
Una característica de este mundo de tecnologías cuánticas es que serán comunes los trabajos remotos, considera Salvador Venegas.
Se dará el caso de gente contratada en un país que trabaje para la empresa de otro país. Cuando estas oportunidades lleguen al mercado latinoamericano lo tomarán quienes estén preparados.
