La computación cuántica utiliza la mecánica cuántica para procesar enormes cantidades de información a una velocidad increíblemente alta. Una computadora cuántica tarda de unos minutos a varias horas en resolver un problema que una computadora de escritorio tardaría años o décadas en resolver.
La computación cuántica está preparando el escenario para una nueva generación de supercomputadoras. Se espera que estas computadoras cuánticas superen a la tecnología existente en áreas como modelado, logística, análisis de tendencias, criptografía e inteligencia artificial.
Explicación de la computación cuántica
La idea de la computación cuántica fue imaginada por primera vez a principios de la década de 1980 por Richard Feynman y Yuri Manin. Feynman y Manin creían que una computadora cuántica podía simular datos de formas que una computadora de escritorio no podía. No fue hasta finales de la década de 1990 que los investigadores construyeron las primeras computadoras cuánticas.
La computación cuántica utiliza la mecánica cuántica, como la superposición y el entrelazamiento, para realizar cálculos. La mecánica cuántica es una rama de la física que estudia las cosas que son extremadamente pequeñas, aisladas o frías.
La unidad de procesamiento principal de la computación cuántica son los bits cuánticos o qubits. Los qubits se crean en la computadora cuántica utilizando las propiedades mecánicas cuánticas de átomos individuales, partículas subatómicas o circuitos eléctricos superconductores.
Los qubits son similares a los bits utilizados por las computadoras de escritorio en que los qubits pueden estar en un estado cuántico 1 o 0. Los qubits difieren en que también pueden estar en una superposición de los estados 1 y 0, lo que significa que los qubits pueden representar tanto el 1 como el 0 simultáneamente.
Cuando los qubits están en superposición, dos estados cuánticos se suman y dan como resultado otro estado cuántico. La superposición significa que múltiples cálculos se procesan simultáneamente. Entonces, dos qubits pueden representar cuatro números simultáneamente. Las computadoras regulares procesan bits en solo uno de los dos estados posibles, 1 o 0, y los cálculos se procesan uno a la vez.
Las computadoras cuánticas también usan entrelazamiento para procesar qubits. Cuando un qubit está entrelazado, el estado de ese qubit depende del estado de otro qubit, de modo que un qubit revela el estado de su par no observado.
El procesador cuántico es el núcleo de la computadora
Crear qubits es una tarea difícil. Se necesita un entorno congelado para mantener un qubit durante cualquier período de tiempo. Los materiales superconductores necesarios para crear un qubit deben enfriarse hasta el cero absoluto (alrededor de -272 Celsius). Los qubits también deben protegerse del ruido de fondo para reducir los errores en el cálculo.
El interior de una computadora cuántica parece un elegante candelabro de oro. Y, sí, está hecho con oro real. Es un refrigerador de dilución que enfría los chips cuánticos para que la computadora pueda crear superposiciones y entrelazar qubits sin perder nada de la información.
La computadora cuántica crea estos qubits a partir de cualquier material que muestre propiedades mecánicas cuánticas que se puedan controlar. Los proyectos de computación cuántica crean qubits de diferentes maneras, como hacer bucles de cables superconductores, hacer girar electrones y atrapar iones o pulsos de fotones. Estos qubits solo existen en las temperaturas bajo cero creadas en el refrigerador de dilución.
El lenguaje de programación de computación cuántica
Los algoritmos cuánticos analizan los datos y ofrecen simulaciones basadas en los datos. Estos algoritmos están escritos en un lenguaje de programación centrado en cuántica. Investigadores y empresas de tecnología han desarrollado varios lenguajes cuánticos.
Estos son algunos de los lenguajes de programación de computación cuántica:
- QISKit: El kit de software de información cuántica de IBM es una biblioteca completa para escribir, simular y ejecutar programas cuánticos.
- Q: el lenguaje de programación incluido en el kit de desarrollo de Microsoft Quantum. El kit de desarrollo incluye un simulador cuántico y bibliotecas de algoritmos.
- Cirq: un lenguaje cuántico desarrollado por Google que utiliza una biblioteca de Python para escribir circuitos y ejecutar estos circuitos en simuladores y computadoras cuánticas.
- Forest: un entorno de desarrollo creado por Rigetti Computing que escribe y ejecuta programas cuánticos.
Usos de la computación cuántica
Las computadoras cuánticas reales han estado disponibles en los últimos años, y solo unas pocas grandes empresas de tecnología tienen una computadora cuántica. Algunas de estas empresas de tecnología incluyen Google, IBM, Intel y Microsoft. Estos líderes tecnológicos están trabajando con fabricantes, empresas de servicios financieros y empresas de biotecnología para resolver una variedad de problemas.
La disponibilidad de servicios de computación cuántica y el avance en el poder de cómputo brinda a los investigadores y científicos nuevas herramientas para encontrar soluciones a problemas que antes eran imposibles de resolver. La computación cuántica ha reducido la cantidad de tiempo y recursos necesarios para analizar cantidades increíbles de datos, crear simulaciones sobre esos datos, desarrollar soluciones y crear nuevas tecnologías que solucionen problemas.
Las empresas y la industria utilizan la computación cuántica para explorar nuevas formas de hacer negocios. Estos son algunos de los proyectos de computación cuántica que pueden beneficiar a las empresas y a la sociedad:
- La industria aeroespacial utiliza la computación cuántica para investigar mejores formas de gestionar el tráfico aéreo.
- Las empresas financieras y de inversión esperan utilizar la computación cuántica para analizar el riesgo y el rendimiento de las inversiones financieras, optimizar las estrategias de cartera y resolver las transiciones financieras.
- Los fabricantes están adoptando la computación cuántica para mejorar sus cadenas de suministro, crear eficiencias en sus procesos de fabricación y desarrollar nuevos productos.
- Las empresas de biotecnología están explorando formas de acelerar el descubrimiento de nuevos fármacos.
Encuentre una computadora cuántica y experimente con la computación cuántica
Algunos informáticos desarrollan métodos para simular la computación cuántica en una computadora de escritorio.
Muchas de las empresas de tecnología más grandes del mundo ofrecen servicios cuánticos. Cuando se combinan con sistemas y computadoras de escritorio, estos servicios cuánticos crean un entorno en el que el procesamiento cuántico, con computadoras de escritorio, resuelve problemas complejos.
- IBM ofrece el entorno IBM Q con acceso a varios ordenadores cuánticos reales y simulaciones que puede utilizar a través de la nube.
- Alibaba Cloud ofrece una plataforma de computación cuántica en la nube donde puede ejecutar y probar códigos cuánticos personalizados.
- Microsoft ofrece un kit de desarrollo cuántico que incluye el lenguaje de programación Q, simuladores cuánticos y bibliotecas de desarrollo de código listo para usar.
- Rigetti tiene una primera plataforma en la nube cuántica que se encuentra actualmente en versión beta. Su plataforma está preconfigurada con su Forest SDK.
Noticias de computación cuántica en el futuro
El sueño es que las computadoras cuánticas resuelvan problemas que actualmente son demasiado grandes y complejos para resolverlos con hardware estándar, en particular para el modelado ambiental y la contención de enfermedades.
Las computadoras de escritorio no tienen el espacio para ejecutar estos cálculos complejos y realizar esta increíble cantidad de análisis de datos. La computación cuántica toma las colecciones de big data más grandes y procesa esta información en una fracción del tiempo que tomaría en una computadora de escritorio. Los datos que a una computadora de escritorio le tomaría varios años procesar y analizar, a una computadora cuántica le toma solo unos días.
La computación cuántica aún está en pañales, pero tiene el potencial de resolver los problemas mundiales más complejos a la velocidad de la luz. Cualquiera puede adivinar cuánto crecerá la computación cuántica y la disponibilidad de las computadoras cuánticas.
