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¿Qué son los ordenadores cuánticos?

Últimamente hemos escuchado hablar muchos sobre este tipo de ordenadores, pero ¿En qué consisten? ¿qué suponen para la humanidad? ¿para qué funcionan? En este post encontrarás toda la información necesaria para entender el tema.


¿Qué es lo cuántico?

Primero que todo vamos a definir este concepto, el cual a grandes rangos hace mención del análisis de partes diminutas del universo, las cuales son tan pequeñas que no obedecen a las leyes de la física clásica, dando lugar a otras nuevas. 

Entre otros conceptos que debemos tener presentes es el tipo de lenguaje de los ordenadores: los convencionales funcionan de manera binaria, con unos y ceros y su unidad de medida mínima son los bits, los cuales otorgan esos valores numéricos según haya corriente (1) o no (0).


Por otro lado, el lenguaje que ocupan los ordenadores cuánticos son los Qubits, que, en lugar de adquirir un valor binario, pueden almacenar una mayor capacidad de bits, la cual aumenta de manera exponencial. 

¿Cómo operan los ordenadores cuánticos?

Para entenderlo, partiremos de establecer la diferencia que existe con los ordenadores clásicos. Estos operan con puertas lógicas, que realizan operaciones lógicas mediante el álgebra de Boole, es decir, con un sistema que permite únicamente unos y ceros. Este procedimiento sirve para modificar el estado interno de la CPU y resolver las distintas tareas que tenga el equipo, a todo esto, es lo que llamamos algoritmos.


Ahora, al hablar de los ordenadores cuánticos, lo que entendemos como puertas lógicas en el otro lado, aquí lo serán, pero cuánticas. Estas resuelven operaciones lógicas de la misma manera, pero mucho más rápidas y eficientes. Además de su mejora en velocidad, estos ordenadores también pueden solucionar problemas que los clásicos no son capaces. Esto significa que los ordenadores cuánticos son más potentes.

Problemas de los ordenadores cuánticos

Actualmente existen pocos algoritmos que permitan resolver problemas con estos ordenadores. Además, suceden distintos fenómenos que complican mantener el estado de un sistema cuántico estable. Una de esas dificultades es la decoherencia cuántica, pero para entenderlo, hablemos primero del entrelazamiento cuántico.

Veámoslo a partir de un ejemplo: si tomamos una partícula A y la enlazamos con una partícula B, por más que las alejemos o acerquemos físicamente, los cambios que hagamos en una de ellas se verán reflejados en la otra. 

Ahora sí, la decoherencia cuántica se produce cuando desaparecen las condiciones necesarias para que se mantenga estable el sistema de un estado cuántico entrelazado. Es decir que la partícula B iría libre y no le afectaría lo que hiciera la A. ¿Qué significa esto? Cuando aparece la decoherencia cuántica desaparecen los efectos cuánticos, lo que genera errores y los resultados de esas operaciones no serán correctos.  


Los estados cuánticos se mantienen en un periodo de tiempo determinado, y mientras más qubits será más difícil mantener bajo control los errores y preservar el estado cuántico del sistema. A su vez, estos qubits pueden cambiar de manera espontánea si no cuentan con una temperatura adecuada ¿y cuál es esa temperatura? las condiciones térmicas requeridas para el funcionamiento de los ordenadores cuánticos debe estar cerca del cero absoluto. Lo que significa una temperatura teórica de -273,15 grados centígrados

El problema con esta temperatura es que no se ha conseguido alcanzar, y está demostrado teóricamente que es imposible de alcanzar con exactitud, pues al llegar al cero absoluto las partículas se quedan totalmente inmóviles. La cosa es que en la física cuántica no funciona así, pues por muy baja que sea la temperatura las partículas contendrán algo de energía, llamada punto cero. Por el momento, la temperatura que tienen los ordenadores cuánticos de compañías como Intel, Google o IBM es de -273 grados centígrados. 

Esta dificultad de alcanzar temperaturas tan bajas lleva a que estos equipos tengan apariencias tan extrañas.
 
Supremacía cuántica

Alcanzar la supremacía cuántica es lograr que un ordenador de este tipo sea más rápido que uno clásico cuando ambos se enfrentan al mismo problema. Por ejemplo, en 2019 el equipo de investigadores de Google liderado por Jhon Martinis consiguió alcanzar la supremacía cuántica utilizando un procesador Sycamore de 54 qubits, y en diciembre 2020 un equipo chino lo logró con un procesador superconductor de 66 qubits que utilizó solo 56. Posteriormente, en agosto de 2021 este mismo equipo logró utilizar 60 de esos 66 qubits. Estas pequeñas diferencias realmente son muy importantes debido a su crecimiento exponencial de capacidad. 

¿Qué hace falta para que un ordenador cuántico sea útil en nuestra cotidianidad?

Es necesario que sean de mayor calidad, pues se destruyen muy rápidamente y es necesario que su tiempo de vida sea mejor. También se requiere un sistema de corrección de errores, pues hasta el momento no existe, y mientras más qubits tenga será más complejo el sistema. 


Además, se deben desarrollar nuevas herramientas que permitan controlar los estados cuánticos y desarrollar los ordenadores. Finalmente, el mayor reto existente es la creación de nuevos algoritmos que permitan resolver problemas que hasta el momento no han podido ser solucionados por este tipo de equipos.

Es importante entender que estos sistemas no están pensados para reemplazar los ordenadores clásicos, sino para trabajar de manera colectiva con ellos. 

 
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