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La computación cuántica es un modelo de computación distinto al de la computación clásica. Se basa en el uso de cúbits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.
Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables.
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Comparación entre infomática cuántica y clásica.-
La informática clásica se basa, en su máximo nivel, en los principios expresados por el álgebra booleana. Los datos deben procesarse en un estado binario exclusivo en cualquier momento, o bits.
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Aunque el tiempo que cada transistor o condensador necesita pueda ser 0 ó 1 antes de cambiar de estado, y ahora sea medible en milmillonésimas de segundo, sigue habiendo un límite respecto a lo rápido que estos dispositivos pueden cambiar de estado. A medida que logramos circuitos de menor tamaño y más rápidos, empezamos a alcanzar los límites físicos de los materiales (efecto tunel) y debemos aplicar el umbral de las leyes clásicas de la física. Más allá de esto, el mundo cuántico toma el relevo.
En un ordenador cuántico, varias partículas elementales como electrones o fotones se pueden usar bien con su carga o bien mediante polarización como representación de 0 y/ó 1. Cada una de estas partículas se conoce como un bit cuántico o cubit. La naturaleza y comportamiento de estas partículas forma la base de la informática cuántica.
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Superposición y entrelazamiento cuánticos.-
Los dos aspectos más importantes de la física cuántica son los principios de superposición y entrelazamiento.
- Superposición: considera un cubit como un electrón en un campo magnético. El espín de electrón puede estar alineado con el campo, lo que se conoce como estado de espín acelerado, o en oposición al campo, lo que se conoce como estado de espín desacelerado. De acuerdo con la ley cuántica, la partícula entra una superposición de estados, en los que se comporta como si estuviera en ambos estados de forma simultánea. Cada cubit utilizado podría adoptar una superposición tanto de 0 como de 1.
- Entrelazamiento: las partículas que han interactuado en algún momento mantienen un tipo de conexión y se pueden entrelazar entre sí en pares, en un proceso conocido como correlación. Conocer el estado de espín de una partícula entrelazada, acelerada o desacelerada, permite saber que el espín de su compañero está en la dirección opuesta. El entrelazamiento cuántico permite a los cubits, que están separados por distancias increíbles, interactuar entre sí de manera instantánea (no limitado a la velocidad de la luz). No importa cuán grande sea la distancia entre las partículas correlacionadas, seguirán entrelazadas mientras estén aisladas.
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De forma conjunta, la superposición y el entrelazamiento cuántico crean una potencia informática muy mejorada. Mientras un registro de 2 bits en un ordenador ordinario puede almacenar solo una de las cuatro configuraciones binarias (00, 01, 10 o 11) en cualquier momento, un registro de 2 cubits en un ordenador cuántico puede almacenar los cuatro números de forma simultánea, porque cada cubit representa dos valores. Si se añaden más cubits, la capacidad aumenta exponencialmente.
Dificultades con los ordenadores cuánticos.-
- Interferencia – Durante la fase de computación de un cálculo cuántico, la mínima perturbación de un sistema cuántico (como un fotón extraviado, o una oleada de radiación EM) hace que la computación cuántica se colapse, un proceso conocido como decoherencia. Un ordenador cuántico debe estar completamente aislado de cualquier interferencia externa durante la fase de computación.
- Corrección de errores – Dada la naturaleza de la informática cuántica, la corrección de errores es de vital importancia, incluso un único error en un cálculo puede dar lugar a que la validez de toda la computación se colapse.
- Observancia de los resultados – Estrechamente relacionada con las dos anteriores, la recuperación de los datos obtenidos tras un cálculo cuántico supone un riesgo total de corromper los datos.
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El futuro de la informática cuántica.-
La mayor y más importante es la capacidad de factorizar un gran número en dos números primarios. Es muy importante porque es lo que casi todas las aplicaciones de cifrado de internet usan y puede ser descifrada. Un ordenador cuántico debería poder hacerlo de forma relativamente rápida. Calcular las posiciones de átomos individuales en moléculas muy grandes como polímeros y en virus. Si se tiene un ordenador cuántico, se podría usar la interacción de las partículas entre sí para desarrollar medicamentos y entender cómo funcionan las moléculas un poco mejor.
Aunque hay que superar muchos problemas, los avances de los últimos 15 años y, en particular de los últimos 3 años, han permitido cierta forma de informática cuántica práctica. No obstante, el potencial que ofrece esta tecnología está atrayendo un enorme interés tanto del sector público como del sector privado. Es este potencial el que está rompiendo rápidamente los límites de esta tecnología, pero si todos los límites podrán o no superarse y cuándo ocurrirá eso es todavía una cuestión sin resolver.
En cualquier caso los ordenadores cuánticos abren poco a poco una nueva era en la computación. Los cálculos que realizan están a años luz de lo que hoy pueden alcanzar incluso los ordenadores más potentes. Esto abre las puertas a cosas sumamente positivas: como realizar simulaciones de gran exactitud de la evolución del clima, facilitar la cura de enfermedades como el cáncer y muchas otras cosas que ni tan siquiera hoy somos capaces de imaginar.
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Google afirma que su computadora cuántica puede hacer lo imposible en 200 segundos.-
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Google afirma que ha diseñado una máquina que solo necesita 200 segundos para resolver un problema que le tomaría a la supercomputadora más rápida del mundo 10.000 años resolver.
La velocidad alcanzada por la computadora representa un avance llamado “supremacía cuántica”, según una publicación de blog de la compañía y un artículo adjunto en la revista científica Nature.
Los resultados anunciados el miércoles anuncian el surgimiento de las computadoras cuánticas, que pueden almacenar y procesar mucha más información que sus primos clásicos al aprovechar las poderosas fuerzas contenidas en el campo de la física conocida como mecánica cuántica.
El experimento de velocidad ideado por Google fue criticado por algunos expertos y compañías rivales después de que los resultados se filtraran en línea antes de su fecha de publicación oficial.
IBM dijo en una publicación de blog el lunes que Google había sobreestimado la dificultad de la tarea informática. En lugar de 10.000 años, IBM argumentó que el problema podría ser resuelto por una computadora clásica en solo 2,5 días.
“Instamos a la comunidad a tratar las afirmaciones de que, por primera vez, una computadora cuántica hizo algo que una computadora clásica no puede con una gran dosis de escepticismo”, dijo IBM.
El CEO de Google, Sundar Pichai, defendió la afirmación de la compañía en una entrevista con MIT Technology Review publicada el miércoles, comparándola con los intentos de vuelo de los hermanos Wright.
“El primer avión voló solo durante 12 segundos, por lo que no hay una aplicación práctica de eso”, dijo Pichai. “Pero mostró la posibilidad de que un avión pudiera volar”.
China es considerada líder en el desarrollo de la computación cuántica, que podría tener importantes aplicaciones militares. Estados Unidos está tratando de ponerse al día, provocando temores de una carrera armamentista cuántica.
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Efectos de la computación cuántica.-
El precio del Bitcoin se desplomó hace pocos días. Sucedió tras la publicación por parte del Financial Times de un informe de Google y la NASA en el que se afirmaba que habían logrado la supremacía cuántica.
Este inquietante término, que parece sacado de la guerra fría, viene a querer decir que un ordenador cuántico por fin ha logrado desarrollar un cálculo que sería imposible con un ordenador tradicional.
Tengamos en cuenta los efectos que la computación cuántica puede tener en un terreno como el de las telecomunicaciones. Sin unas telecomunicaciones seguras, algo que nos asegura la encriptación de los datos que circulan por las redes, todo quedaría al descubierto: desde nuestros correos electrónicos hasta las cuentas bancarias. Lo que haría de Internet una herramienta de escasa utilidad.
Y aquí es dónde encontramos la clave del desplome del Bitcoin. Esta criptomoneda se basa en un gran número de códigos cifrados. Una computadora cuántica podría ser capaz de desencriptarlos en el futuro. De esa forma sería imposible que exista esta o cualquier criptomoneda.
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Un ordenador cuántico en manos de un gobierno.-
Pensemos por ejemplo que un Gobierno lograse un ordenador cuántico capaz de descifrar cualquier información. Es como si de repente todas las cartas que enviamos viajasen sin un sobre, pudiendo ser leídas por cualquiera hasta que llegasen a su destinatario. Una pesadilla.
Esto es lo que quieren evitar desde el National Institute of Standards and Technology, un organismo del Departamento de Comercio de Estados Unidos. IBM, una de las empresas líderes en computación cuántica, ya ha dado pasos para crear la vacuna contra la ruptura de los actuales sistemas de cifrado por ordenadores cuánticos: un sistema de cifrado cuántico.
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¿Costosos ordenadores?-
Pero lo cierto es que estos costosos ordenadores también van a proporciona un poder enorme a los que los posean. De hecho, quién logre disponer del primer ordenador cuántico que opere de forma estable, tendrá a su disposición una ventaja como la que supuso en el terreno militar la creación de la bomba atómica por Estados Unidos.
El problema está en que el aterrizaje de la informática cuántica puede fortalecer enormemente a algunos países y empresas hasta que otros actores con menos recursos logren hacerse con la tecnología cuántica. Aunque parece un escenario de ciencia ficción hay precedentes claros de una situación similar.
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La creación de la primitiva computadora que logró desencriptar los mensajes de la máquina Enigma de la Alemania nazi, proporcionó a los aliados una clara ventaja para derrotar a las potencias del Eje en la Segunda Guerra Mundial. Es un ejemplo de cómo un salto tecnológico puede acabar equilibrando la balanza del poder mundial hacia un lado o hacia otro.
La informática cuántica podría ser algo incluso mucho más importante que aquel ordenador militar ideado por Alan Turing.
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