Principales desafíos que los ordenadores cuánticos deben superar para revolucionar la tecnología

El término computación cuántica se postula en la era digital como el precursor de la próxima gran revolución tecnológica, pero ¿en qué se diferencia de la computación clásica y por qué genera tanta expectación?

A diferencia de los bits en los que se basan los ordenadores clásicos, la unidad básica de información son los qubits. Mientras que los bits solo pueden tomar el valor 0 o 1, los qubits pueden estar en ambos estados simultáneamente gracias al principio de superposición. A su vez, la computación cuántica utiliza el principio de entrelazamiento cuántico, que correlaciona el comportamiento de dos partículas, incluso cuando están espacialmente separadas. Cuando dos qubits están entrelazados, los cambios en un qubit impactan directamente en el otro. Gracias a esta capacidad, los ordenadores cuánticos serían capaces de resolver problemas demasiado complejos incluso para las supercomputadoras actuales.

Por poner un ejemplo práctico, supongamos que deseamos encontrar la trayectoria desde un punto A hasta otro punto B, pasando por un conjunto de puntos intermedios dados. ¿Cuál es la trayectoria más corta para realizar el recorrido? Para encontrar la ruta óptima, idealmente, un ordenador clásico simularía todas las rutas posibles y estudiaría una a una hasta encontrar la solución. Los qubits, al contrario, pueden tomar varios valores a la vez, reduciendo considerablemente el número de operaciones a realizar para hallar la solución.

Debido a la capacidad de procesar una mayor cantidad de datos de forma eficiente, los ordenadores cuánticos supondrán un avance en técnicas como la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Estas técnicas darán lugar a una mejora sustancial en diversos ámbitos tales como las finanzas, ciberseguridad, salud, diseño de fármacos, nuevos materiales o movilidad y transporte. Gracias a esta mayor eficiencia, requerirán, a su vez, de un menor consumo energético reduciendo el impacto en la huella de carbono.

Actuales limitaciones de los ordenadores cuánticos

Hay dos factores principales que limitan el tamaño de los problemas que los computadores cuánticos pueden resolver a día de hoy. El primer factor está relacionado con la capacidad de cálculo, ya que no se disponen de sistemas con suficientes qubits, ni capacidad para mantenerlos estables durante mucho tiempo, lo que afecta a la cantidad de datos que se pueden procesar.

El segundo factor tiene que ver con el ruido asociado a los ordenadores cuánticos, es decir, a los múltiples factores que pueden afectar a la precisión de los cálculos que realiza una computadora de estas características. Las computadoras cuánticas son susceptibles al ruido de varias fuentes, como las perturbaciones en el campo magnético, la radiación o el calor, haciendo que la información que contiene un qubit inactivo se desvanezca. Además, al realizar una operación de lógica cuántica, los qubits también pueden sufrir errores provocando que la información en el sistema cuántico se vuelva aleatoria o se borre por completo. Este fenómeno se conoce como decoherencia.

Pasos de gigante

Actualmente se implementan algoritmos híbridos que utilizan computadoras cuánticas y clásicas. Estos algoritmos permiten combinar ambas técnicas para conseguir una mejora respecto a la computación clásica convencional.

El desarrollo y la investigación en computación cuántica está progresando en los últimos años y el interés de empresas como la nuestra por destinar tiempo y recursos a este campo es cada vez mayor. IBM, una de las compañías tecnológicas más importantes del mundo, junto a la que colabora nuestra línea Global Data Quantum en la estrategia Quantum Ecosystem de Lantik (Diputación Foral de Bizkaia), es un ejemplo real de entidades que han avanzado en el desarrollo de hardware: ha incrementado el número de qubits de sus procesadores de 27 a 127 en los últimos 2 años y se espera superar la barrera de los 1.000 qubits para 2023.

Queda patente que la computación cuántica ha dejado de ser una aspiración tecnológica para convertirse en una realidad, que empieza a dar sus primeros y fructíferos pasos.