Cuando se topa por primera vez con el término "computadora cuántica", es posible que lo haga pasar por un concepto lejano de ciencia ficción en lugar de una noticia seria y actual.
Contenido
- ¿Qué es la computación cuántica y cómo funciona?
- ¿Cuál es el beneficio de la computación cuántica?
- ¿Es posible la computación cuántica?
- ¿Quién tiene una computadora cuántica?
- ¿La computación cuántica reemplazará a la computación tradicional?
Pero con la frase cada vez más extendida, es comprensible preguntarse qué son exactamente las computadoras cuánticas, e igualmente comprensible no saber dónde sumergirse. Aquí está un resumen de qué son las computadoras cuánticas, por qué hay tanto revuelo en torno a ellas y qué podrían significar para usted.
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¿Qué es la computación cuántica y cómo funciona?
Toda la informática se basa en bits, la unidad más pequeña de información que se codifica como un estado "encendido" o un estado "apagado", más comúnmente conocido como 1 o 0, en algún medio físico u otro.
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La mayoría de las veces, un bit toma la forma física de una señal eléctrica que viaja a través de los circuitos de la placa base de la computadora. Al unir varios bits, podemos representar cosas más complejas y útiles como texto, música y más.
Las dos diferencias clave entre los bits cuánticos y los bits "clásicos" (de las computadoras que usamos hoy) son la forma física que adoptan los bits y, en consecuencia, la naturaleza de los datos codificados en ellos. Los bits eléctricos de una computadora clásica sólo pueden existir en un estado a la vez, ya sea 1 o 0.
Bits cuánticos (o “qubits”) están formados por partículas subatómicas, es decir, fotones o electrones individuales. Debido a que estas partículas subatómicas se ajustan más a las reglas de la mecánica cuántica que a las de la mecánica clásica, exhiben las extrañas propiedades de las partículas cuánticas. La más destacada de estas propiedades para los informáticos es la superposición. Ésta es la idea de que una partícula puede existir en múltiples estados simultáneamente, al menos hasta que ese estado se mide y colapsa en un solo estado. Aprovechando esta propiedad de superposición, los informáticos pueden hacer que los qubits codifiquen un 1 y un 0 al mismo tiempo.
La otra peculiaridad de la mecánica cuántica que hace funcionar a las computadoras cuánticas es el entrelazamiento, una unión de dos partículas cuánticas o, en este caso, dos qubits. Cuando las dos partículas están entrelazadas, el cambio de estado de una partícula alterará el estado de su compañera en un manera predecible, lo cual resulta útil cuando llega el momento de conseguir una computadora cuántica para calcular la respuesta al problema lo alimentas.
Los qubits de una computadora cuántica comienzan en su estado híbrido 1 y 0 cuando la computadora inicialmente comienza a resolver un problema. Cuando se encuentra la solución, los qubits en superposición colapsan hasta la orientación correcta de 1 y 0 estables para devolver la solución.
¿Cuál es el beneficio de la computación cuántica?
Aparte del hecho de que están mucho más allá del alcance de todos los equipos de investigación excepto los más elitistas (y probablemente seguirán así por un tiempo), la mayoría de nosotros no usamos mucho las computadoras cuánticas. No ofrecen ninguna ventaja real sobre las computadoras clásicas para el tipo de tareas que realizamos la mayor parte del tiempo.
Sin embargo, incluso las supercomputadoras clásicas más formidables tienen dificultades para resolver ciertos problemas debido a su complejidad computacional inherente. Esto se debe a que algunos cálculos sólo se pueden lograr mediante la fuerza bruta, adivinando hasta encontrar la respuesta. Terminan con tantas soluciones posibles que se necesitarían miles de años para que todas las supercomputadoras del mundo combinadas encontraran la correcta.
La propiedad de superposición exhibida por los qubits puede permitir a las supercomputadoras reducir drásticamente este tiempo de adivinación. Los laboriosos cálculos de prueba y error de la informática clásica sólo pueden hacer una conjetura a la vez. mientras que el estado dual 1 y 0 de los qubits de una computadora cuántica le permite hacer múltiples conjeturas al mismo tiempo. tiempo.
Entonces, ¿qué tipo de problemas requieren todo este cálculo de conjeturas que consume mucho tiempo? Un ejemplo es la simulación de estructuras atómicas, especialmente cuando interactúan químicamente con las de otros átomos. Con una computadora cuántica que impulse el modelado atómico, los investigadores en ciencia de materiales podrían crear nuevos compuestos para su uso en ingeniería y fabricación. Las computadoras cuánticas son muy adecuadas para simular sistemas igualmente complejos, como las fuerzas del mercado económico, la dinámica astrofísica o los patrones de mutación genética en organismos, por nombrar sólo algunos.
Sin embargo, en medio de todas estas aplicaciones generalmente inofensivas de esta tecnología emergente, también hay algunos usos de las computadoras cuánticas que plantean serias preocupaciones. Con diferencia, el daño citado con más frecuencia es la posibilidad de que las computadoras cuánticas romper algunos de los algoritmos de cifrado más potentes actualmente en uso.
En manos de un gobierno extranjero agresivo, las computadoras cuánticas podrían comprometer una amplia gama del tráfico de Internet que de otro modo sería seguro, lo que deja las comunicaciones confidenciales susceptibles a ataques generalizados. vigilancia. Actualmente se está trabajando para madurar los cifrados de cifrado basados en cálculos que aún son difíciles. Incluso las computadoras cuánticas pueden hacerlo, pero no todas están listas para el horario de máxima audiencia ni adoptadas ampliamente en la actualidad.
¿Es posible la computación cuántica?
Hace poco más de una década, la fabricación real de computadoras cuánticas apenas se encontraba en sus etapas incipientes. Sin embargo, a partir de la década de 2010, despegó el desarrollo de prototipos de computadoras cuánticas funcionales. Varias empresas han montado ordenadores cuánticos funcionales desde hace unos años, e IBM ha llegado incluso a permitir a investigadores y aficionados ejecutar sus propios programas a través de la nube.
A pesar de los avances que sin duda han hecho empresas como IBM para construir prototipos funcionales, las computadoras cuánticas todavía están en su infancia. Actualmente, las computadoras cuánticas que los equipos de investigación han construido hasta ahora requieren una gran cantidad de gastos generales para ejecutar la corrección de errores. Por cada qubit que realmente realiza un cálculo, hay varias docenas cuyo trabajo es compensar el error cometido. La suma de todos estos qubits forma lo que se llama un "qubit lógico".
En pocas palabras, los titanes industriales y académicos han logrado que las computadoras cuánticas funcionen, pero lo hacen de manera muy ineficiente.
¿Quién tiene una computadora cuántica?
La competencia feroz entre los investigadores de computadoras cuánticas todavía está en pleno apogeo, tanto entre grandes como pequeños actores. Entre quienes tienen computadoras cuánticas en funcionamiento se encuentran las empresas tecnológicas tradicionalmente dominantes que cabría esperar: IBM, Intel, Microsoft y Google.
Por muy exigente y costosa que sea la creación de una computadora cuántica, hay un número sorprendente de empresas más pequeñas e incluso nuevas empresas que están a la altura del desafío.
El comparativamente delgado D-Wave Systems ha impulsado muchos avances en el campo y demostró que no estaba fuera de competencia al responder al trascendental anuncio de Google con la noticia de un Gran acuerdo con Los Alamos National Labs. Aún así, competidores más pequeños como Rigetti Computing también están compitiendo por estableciéndose como innovadores en computación cuántica.
Dependiendo de a quién le preguntes, obtendrás un favorito diferente para la computadora cuántica "más poderosa". Google ciertamente expuso su caso recientemente con su logro de la supremacía cuántica, una métrica que el propio Google ideó más o menos. La supremacía cuántica es el punto en el que una computadora cuántica es capaz por primera vez de superar a una computadora clásica en algún cálculo. El prototipo Sycamore de Google equipado con 54 qubits pudo romper esa barrera al superar un problema en poco menos de tres minutos y medio que al superordenador clásico más potente le llevaría 10.000 años batir a través de.
Para no quedarse atrás, D-Wave se jacta de que los dispositivos que pronto suministrará a Los Álamos pesan 5.000 qubits cada uno, aunque cabe señalar que La calidad de los qubits de D-Wave ha sido cuestionada antes.. IBM no ha causado el mismo revuelo que Google y D-Wave en los últimos años, pero tampoco deberían descartarse todavía, especialmente considerando su trayectoria. Historial de logros lentos y constantes..
En pocas palabras, la carrera por la computadora cuántica más poderosa del mundo está más abierta que nunca.
¿La computación cuántica reemplazará a la computación tradicional?
La respuesta corta a esto es “en realidad no”, al menos en el futuro cercano. Las computadoras cuánticas requieren un inmenso volumen de equipos y entornos finamente adaptados para funcionar. La arquitectura líder requiere enfriamiento a apenas grados por encima del cero absoluto, lo que significa que no son prácticos para que los consumidores comunes los posean.
Pero como ha demostrado la explosión de la computación en la nube, no es necesario poseer una computadora especializada para aprovechar sus capacidades. Como se mencionó anteriormente, IBM ya ofrece a los tecnófilos atrevidos la oportunidad de ejecutar programas en un pequeño subconjunto de sus Los qubits del Q System One. Con el tiempo, IBM y sus competidores probablemente venderán tiempo de cómputo en computadoras cuánticas más robustas para aquellos interesados en aplicarlas a problemas que de otro modo serían inescrutables.
Pero si no estás investigando los tipos de problemas excepcionalmente complicados que las computadoras cuánticas pretenden resolver, probablemente no interactuarás mucho con ellas. De hecho, en algunos casos las computadoras cuánticas son peores en el tipo de tareas para las que usamos las computadoras todos los días, simplemente porque las computadoras cuánticas son muy hiperespecializadas. A menos que sea un académico que ejecute el tipo de modelado en el que prospera la computación cuántica, probablemente nunca tendrá uno en sus manos, y nunca lo necesitará.
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