Mecánica cuántica y el futuro de la computación

La teoría de la Mecánica Cuántica describe y explica el funcionamiento del mundo microscópico (moléculas, átomos o electrones). Gracias a ella ha sido posible entender que en el mundo microscópico tienen lugar sucesos que no ocurren en el mundo macroscópico. Entre las propiedades cuánticas se incluyen:

• Superposición cuántica, que describe cómo una partícula puede estar en diferentes estados a la vez.
• Entrelazamiento cuántico, que describe cómo dos partículas tan separadas como se desee pueden estar correlacionadas de forma que, al interactuar con una, la otra se entera.
• Teletransporte cuántico, que utiliza el entrelazamiento cuántico para enviar información de un lugar a otro del espacio sin necesidad de viajar a través de él.

Hay muchas tecnologías que utilizan fenómenos cuánticos y las propiedades comentadas y, algunas de ellas, llevan ya tiempo entre nosotros, como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM). Sin embargo, actualmente estamos presenciando una revolución tecnológica en áreas como la computación cuántica, la óptica cuántica, los relojes cuánticos o los sensores cuánticos, entre otros.

Computadores clásicos vs computadores cuánticos

Los computadores clásicos o digitales utilizan los bits como unidad fundamental de información, cuyos estados son 1 (nivel alto, alta excitación) o 0 (nivel bajo, baja excitación). Estos se corresponden con corriente eléctrica que circula, o no, a través de unas piezas microscópicas denominadas transistores, que actúan como interruptores. Cuando no circula corriente, el transistor está “apagado” y se corresponde con un bit 0, y cuando circula está “encendido” y se corresponde con un bit 1.

Sin embargo, la unidad fundamental de información en computación cuántica es el quantum bit o qubit. Los qubits son sistemas cuánticos de dos niveles que al igual que los bits pueden estar en estado 0 o 1. Ahora bien, los qubits también pueden estar en cualquiera de los infinitos estados intermedios entre el 0 y el 1: mitad 0 y mitad 1, o tres cuartos de 0 y un cuarto de 1, etc. Aquí se está considerando la propiedad de superposición cuántica y, los computadores cuánticos, quieren usar esta propiedad y la de entrelazamiento cuántico para ofrecer una capacidad de procesamiento mucho mayor que los computadores clásicos. La idea es que los algoritmos cuánticos permitan realizar ciertas operaciones de una manera totalmente diferente que en muchos casos resulta ser más eficiente: mucho menos tiempo o utilizando muchos menos recursos computacionales. Este vídeo explica de forma breve cómo funcionan estos computadores:

En libros como "Origen", de Dan Brown, ya se habla de los computadores cuánticos y, aunque se trate de ficción, realmente no sabemos lo lejos que podremos llegar gracias a este nuevo planteamiento de la computación. Si quieres practicar la computación cuántica aquí te ofrecemos una serie de simuladores de computadores cuánticos con diferentes lenguajes de programación ya existentes: C, C++, Java, Matlab, Maxima, Python o Octave. No tengas miedo... y adelante! Esto será toda una revolución. Cuéntanos en los comentarios si eres uno de los valientes y plantea cualquier duda o debate que desees.