La tecnología cuántica aprovecha las partículas atómicas y cómo se relacionan entre sí para procesar la información a tasas computacionales que son más rápidas, en teoría exponencialmente más rápidas, que las computadoras convencionales basadas en transistores. En lugar de simplemente agregar recursos computacionales, los sistemas cuánticos y los algoritmos cuánticos abordan problemas complejos y conjuntos de datos grandes y diversos operando en espacios multidimensionales. Al explotar los efectos de la superposición, el entrelazamiento y la interferencia, la computación cuántica puede identificar patrones que vinculan puntos de datos dispares.
La computación cuántica está preparada para transformar fundamentalmente el mundo digital tal como lo conocemos.
La ciencia de la información cuántica (QIS) es un campo emergente que combina las propiedades de la mecánica cuántica con tecnologías de computación, detección y redes. Como tal, está preparado para impulsar avances revolucionarios en una amplia gama de áreas esenciales, desde la seguridad nacional hasta la investigación energética y el desarrollo de nuevos materiales y medicamentos personalizados. En su esencia, la computación cuántica explota los fenómenos de la mecánica cuántica para analizar, interpretar y emplear enormes cantidades de datos para resolver problemas complejos.
La computación cuántica probablemente será clave para el futuro tecnológico de las empresas en todo el mundo. Esta promesa de las tecnologías cuánticas ha engendrado a muchos evangelistas, incluso cuando la adopción a gran escala de los sistemas cuánticos permanece obstinadamente distante en el horizonte. Si espera convertir esta promesa en realidad y convertirse en un líder cuántico, es esencial que su organización alinee sus recursos, prioridades, talento, energía y visión.
En la región de Chicago, este proceso está muy avanzado. Ha surgido una asociación de innovadores cuánticos liderada por Chicago Quantum Exchange, que se basa en la experiencia y la visión de universidades de clase mundial, laboratorios gubernamentales excepcionales y líderes visionarios de la industria para avanzar en la investigación y el desarrollo de tecnologías cuánticas.
El momento de prepararse para la próxima revolución cuántica es ahora.
Breve historia de la computación cuántica
Podemos atribuir la primera propuesta de una computadora cuántica a Richard Feynman en 1981. En 1994, Peter Shor introdujo el algoritmo de Shor, generando mucho entusiasmo en el campo, ya que dio una aplicación donde las computadoras cuánticas podrían usar las leyes de la mecánica cuántica para factorizar números primos grandes. El año pasado, Google reclamó la supremacía cuántica (entre controversias) ya que realizó un cálculo que supuestamente habría tomado 10.000 años para que una supercomputadora computara (IBM no está de acuerdo diciendo que tomaría 2.5 días) en 200 segundos (aún una diferencia significativa de cualquier manera).
Aplicaciones de la Computación Cuántica
En un nivel alto, la potencia de las computadoras cuánticas proviene de la capacidad de un qubit (bit cuántico) de estar en un estado de superposición, o en múltiples estados a la vez. En un bit clásico, funciona como una bombilla donde puede estar encendida (1) o apagada (0). Sin embargo, un qubit puede estar en una superposición de 0 y 1, siendo esencialmente ambos al mismo tiempo. Usando esto, entre otros fenómenos cuánticos, los algoritmos cuánticos pueden manipular múltiples estados a la vez y, por lo tanto, ser exponencialmente más eficientes. Aunque las computadoras cuánticas actualmente no son tan poderosas como podrían ser, las aplicaciones futuras de las computadoras cuánticas podrían incluir:
Simulaciones cuánticas (¿qué mejor manera hay de modelar la aleatoriedad de un sistema cuántico que usar la misma aleatoriedad de otro sistema cuántico?)
Diseño/descubrimiento de fármacos (capaz de simular los efectos de los fármacos para reducir drásticamente el tiempo necesario para el descubrimiento de fármacos)
Criptografía / Ciberseguridad
Mejoramiento
Modelamiento financiero
Previsión
Quimica computacional
El poder de las computadoras cuánticas
Cuando ingresa al mundo de las partículas atómicas y subatómicas, las cosas comienzan a comportarse de manera inesperada. De hecho, estas partículas pueden existir en más de un estado a la vez. Es esta capacidad la que aprovechan las computadoras cuánticas.
En lugar de bits, que usan las computadoras convencionales, una computadora cuántica usa bits cuánticos, conocidos como qubits. Para ilustrar la diferencia, imagine una esfera. Un bit puede estar en cualquiera de los dos polos de la esfera, pero un qubit puede existir en cualquier punto de la esfera. Entonces, esto significa que una computadora que usa qubits puede almacenar una enorme cantidad de información y usa menos energía al hacerlo que una computadora clásica. Al entrar en esta área cuántica de la computación donde las leyes tradicionales de la física ya no se aplican, podremos crear procesadores que son significativamente más rápidos (un millón de veces o más) que los que usamos hoy. Suena fantástico, pero el desafío es que la computación cuántica también es increíblemente compleja.
La industria de la computación está presionando para encontrar formas de hacer que la computación sea más eficiente, ya que alcanzamos los límites de la eficiencia energética utilizando métodos clásicos. Para 2040, según un informe de la Asociación de la industria de semiconductores, ya no tendremos la capacidad de alimentar todas las máquinas del mundo. Esa es precisamente la razón por la que la industria de las computadoras está compitiendo para hacer que las computadoras cuánticas funcionen a escala comercial. No es poca cosa, pero dará dividendos extraordinarios.
Cómo cambiará nuestro mundo con la computación cuántica
Es difícil predecir cómo la computación cuántica cambiará nuestro mundo simplemente porque habrá aplicaciones en todas las industrias. Nos estamos aventurando en un reino de la física completamente nuevo y habrá soluciones y usos en los que ni siquiera hemos pensado todavía. Pero cuando consideras cuánto las computadoras clásicas revolucionaron nuestro mundo con un uso relativamente simple de bits y dos opciones de 0 o 1, puedes imaginar las extraordinarias posibilidades cuando tienes la potencia de procesamiento de qubits que pueden realizar millones de cálculos al mismo tiempo.
Lo que sí sabemos es que cambiará las reglas del juego para todas las industrias y tendrá un gran impacto en la forma en que hacemos negocios, inventamos nuevos medicamentos y materiales, protegemos nuestros datos, exploramos el espacio y predecimos los eventos meteorológicos y el cambio climático. No es una coincidencia que algunas de las empresas más influyentes del mundo, como IBM y Google, y los gobiernos del mundo, estén invirtiendo en tecnología de computación cuántica. Esperan que la computación cuántica cambie nuestro mundo porque nos permitirá resolver problemas y experimentar eficiencias que no son posibles en la actualidad.