¿Qué es la computación cuántica y cómo podría cambiar el mundo tecnológico?

La computación cuántica puede sonar como el tipo de dispositivo de trama de ciencia ficción utilizado para explicar cómo un personaje viajó a través del tiempo o se redujo al tamaño de una hormiga. Pero la tecnología es muy real, y Silicon Valley salta cada vez más en el tren cuántico.

Amazon (AMZN), Google (Googl, Googl) y Microsoft (MSFT) han anunciado sus propios chips de computación cuántica en los últimos meses. NVIDIA (NVDA) se está preparando para organizar su primer día cuántico como parte de su conferencia anual de desarrolladores de GTC el 20 de marzo. IBM (IBM), Intel (Intc), y una serie de compañías enfocadas en cuantos también tienen sus propias papas fritas.

Se espera que las computadoras cuánticas puedan completar los cálculos en minutos y horas que tomarían las computadoras clásicas, del tipo que usted y yo usamos todos los días, miles de años para terminar. ¿Qué significa eso en un sentido práctico? El potencial de avances masivos en ciencias materiales, química, medicina y más. Después de todo, los científicos e investigadores podrán ejecutar cálculos con los que solo podrían soñar con las computadoras de hoy.

Pero, ¿qué es exactamente una computadora cuántica y qué la hace tan especial? Tenemos las respuestas que estás buscando.

Para comprender mejor las computadoras cuánticas, hablemos primero de las computadoras clásicas. Su computadora portátil, teléfono inteligente, diablos, incluso su reloj inteligente tiene procesadores conocidos como unidades de procesamiento central (CPU). Estos son los cerebros de las computadoras modernas.

Cada CPU tiene lo que se llama transistores. Piense en los transistores como pequeños interruptores dentro de su computadora que reaccionan a una señal eléctrica. Probablemente haya escuchado a los fabricantes de chips jactarse de cuántos miles de millones de transistores tienen sus chips. Apple habla de los 28 mil millones de transistores en sus chips M4 para su Mac y iPad, mientras que Nvidia dice que sus chips Blackwell tienen 208 mil millones de transistores.

Las CPU traducen las aplicaciones y programas que usa todos los días a través de esos pulsos eléctricos utilizando lo que se conoce como código binario, un tipo de lenguaje de máquina compuesto por 1s y 0s. Cada 1 y 0 se llama un poco.

Las cadenas de bits constituyen la compleja serie de instrucciones que, después de correr a través de lenguajes de programación modernos, se traducen en los videos e imágenes que ves en tu pantalla, los juegos que juegas y las aplicaciones que usas durante la jornada laboral.

Una serie de pulsos eléctricos podría viajar a través de los transistores de un chip, creando varios 1 y 0 en el camino. Luego, el chip interpretará esas señales para acceder a la memoria o el almacenamiento de su computadora. A medida que los comandos aumentan en la complejidad, pueden interpretar todo, desde un deslizamiento de su dedo en la pantalla de su teléfono hasta qué hacer cuando hace clic en un enlace en un sitio web.

Estos sistemas binarios se utilizan a lo largo de la computación, ya sea su computadora de casa, equipos médicos, automóviles o prácticamente cualquier otra tecnología que requiera una CPU.

Sin embargo, las computadoras cuánticas utilizan objetos subatómicos conocidos como bits cuánticos o qubits, en lugar de bits clásicos. Esta es una forma completamente diferente de almacenar y procesar datos. En lugar de existir como un 1 o un 0 como un poco, los qubits pueden existir como 1 y 0 o cualquier combinación de los dos al mismo tiempo, gracias a lo que se llama superposición.

“Piense en un qubit como una esfera”, explicó Oskar Painter, director de Quantum Hardware de Amazon Web Services. “Hay un Polo Norte y Sur, y puede ser una combinación de 0 y 1 simultáneamente”.

Para hacer que las cosas sean aún más extrañas, los científicos en realidad no saben si un qubit es un 1 o un 0 hasta que las observan.

“En el mundo cuántico, el sistema en sí puede estar simultáneamente en varios estados diferentes”, dijo el profesor asistente de física aplicada Rupak Chatterjee a Yahoo Finance. “Y hasta que medimos, realmente no sabemos, necesariamente, en qué estado exacto se encuentra”.

Esa capacidad de existir como un 1 y un 0 permite lo que se llama procesamiento paralelo, que permite que las computadoras cuánticas resuelvan los cálculos mucho más rápido que las computadoras clásicas.

Hay múltiples formas de manipular los qubits, ya sea a través de sistemas superconductores que reducen la temperatura alrededor de los qubits a cero casi absoluto, usando láseres para interactuar con átomos o aprovechar las partículas de luz, fotones, en un vacío extremo.

¿Esas máquinas gigantes, doradas y de aspecto de pulpo que ves que a menudo se denominan computadoras cuánticas? Son sistemas de enfriamiento en gran medida que trabajan con qubits superconductores para garantizar que estén lo suficientemente fríos como para operar correctamente.

Además, las computadoras cuánticas no existen por su cuenta. Se conectan a las computadoras tradicionales, que controlan cómo el sistema cuántico debe interactuar con un qubit y proporcionar una lectura de su rendimiento.

Por lo tanto, las computadoras cuánticas pueden usar la superposición de Qubits para los cálculos de procesos a velocidades increíblemente rápidas en comparación con nuestras computadoras clásicas. Entonces, ¿por qué no los usamos para resolver los problemas más complejos del mundo todavía? Debido a los errores cuánticos.

“(Los qubits) son muy, muy frágiles”, explicó Sridhar Tayur, profesor de gestión de operaciones de la Tepper School of Business de la Universidad Carnegie Mellon. “No puede tener 0 y 1 al mismo tiempo si interactúa con el entorno”.

Vea, debido a que existen qubits a una escala tan pequeña, son increíblemente susceptibles a la interferencia del mundo exterior. Eso significa que incluso un solo átomo podría tirar el qubit, haciendo que pierda la información, que 1 y 0.

Según el pintor, los sistemas cuánticos pueden tener un error cada 300 operaciones cuánticas. Sin embargo, para que una computadora cuántica sea útil, solo puede exhibir un error en cada billón de operaciones. Esa es una diferencia dramática.

Para abordar esto, las empresas usan lo que se conoce como corrección de errores cuánticos. Microsoft, Google y Amazon se centraron en esto con sus últimos chips. La idea detrás de la corrección de errores cuánticos es usar qubits redundantes.

“Si quiero proteger un qubit de información, necesito replicarla 1,000 veces para obtener un solo bien, lo que llamamos qubit lógico”, dijo Painter.

Pero eso ocupa una gran cantidad de recursos. Los investigadores están trabajando para abordar el problema, pero hasta que puedan, las computadoras cuánticas no serán lo suficientemente confiables como para usar para los cálculos relacionados con la química, para ayudar a descubrir nuevos compuestos o comprender cómo interactúan los átomos entre sí.

Si bien las computadoras cuánticas son útiles para ejecutar algoritmos específicos y resolver problemas increíblemente complejos, no reemplazarán las supercomputadoras clásicas incluso después de que los investigadores puedan superar el problema con los errores cuánticos.

Esto se debe a que no están destinados a hacer cosas como ejecutar sus aplicaciones favoritas más rápido que su teléfono inteligente. Además, simplemente no hay razón para usar una computadora cuántica para una tarea de este tipo cuando las computadoras clásicas están diseñadas para manejar exactamente eso.

En otras palabras, no espere volver a casa, encienda su computadora cuántica personal y comience a transmitir Netflix. Tu Roku puede manejar eso bien por sí solo.

Envíe un correo electrónico a Daniel Howley a dhowley@yahoofinance.com. Síguelo en Twitter en @Danielhowley.

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