¿Qué es la computación cuántica?

Actualmente, una gran cantidad de empresas tecnológicas, como IBM, Intel, Microsoft o Google y también otras más discretas como IonQ o QuTech están trabajando en un novedoso concepto: la computación cuántica, algo que poco a poco se ha ido introduciendo en los modelos de negocio y que tendrá un gran impacto en el futuro. Tanto si ha oído hablar de ello como si no, el motivo de este artículo es explicar un poco en qué consiste.

No es algo nuevo, ya en los inicios del siglo XX, el estudio de una serie de fenómenos físicos que aún se desconocían dio paso a una nueva teoría física: la mecánica cuántica. Si tenemos que describir en que consiste en pocas palabras podemos decir que explica algunos de los fenómenos que tienen lugar en el mundo microscópico (que incluye electrones, átomos y moléculas).

A través de la mecánica cuántica podemos llegar a comprender algunos fenómenos que antes no lográbamos entender. Todo esto porque nos muestra como la realidad subatómica funciona de una forma contraintuitiva, distinta a la que conocemos y también nos permite entender que los sucesos que sen dan en el mundo microscópico no son los mismos que en el macroscópico.

¿Cuáles son algunas de las propiedades cuánticas descubiertas gracias a esta teoría física?  Una de ellas es la superposición cuántica (que hace referencia a cómo una partícula puede estar en diferentes estados a la vez, se puede tener en cualquier estado exactamente al mismo tiempo), el entrelazamiento cuántico (cómo dos partículas a pesar de estar separadas pueden estar correlacionadas, lo que conlleva que lo que afecta a una, afecta directamente a la otra) y el teletransporte cuántico (el uso del entrelazamiento cuántico para enviar información de un lugar a otro sin necesidad de viajar a través de él).

Si tenemos todo esto en cuenta podemos decir que la computación cuántica podría definirse como la aplicación de estas propiedades del mundo microscópico al área concreta de la informática. Sabemos que, en la informática clásica, la unidad de información empleada es el bit, que solo tiene dos posibles estados: 0 y 1. Si se juntan n bits, se pueden representar números y operar sobre ellos, pero con algunas limitaciones: solo se pueden representar hasta 2^n estados distintos. Y si se quieren cambiar x bits, estamos obligados a realizar por lo menos x operaciones sobre ellos.

En cambio, lo que permiten la superposición y el entrelazamiento es reducir esas limitaciones: con la superposición podremos almacenar muchos más que solo 2^n estados con n bits cuánticos (llamados qubits) y con el entrelazamiento se mantienen fijas ciertas relaciones entre qubits, de forma que las operaciones en un qubit afectan forzosamente al resto. Dicho de otra forma: un qubit no vale solo 0 o 1, como un bit normal, sino que puede ser, por ejemplo, un 0 en un 80% y un 1 en un 20%.

¿Qué implica eso? Nos lleva a entender que un qubit es mucho más complejo que un bit, porque es capaz de procesar mucha más información. A causa de esto, la velocidad de procesamiento se incrementa exponencialmente con respecto a la informática clásica y, por lo tanto, tareas con las que un ordenador clásico tardaría años, con la computación cuántica se pueden resolver en unos segundos. Permite resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo, por eso es especialmente útil en el procesamiento y la gestión de datos. La mayoría de la información, tanto la que está creada actualmente como la que está por crear, se compone de datos no estructurados, que nos resultan imposibles de analizar y entender con nuestros programas y hardware actual pero que podrían tratarse y hacerse útiles gracias a la computación cuántica.

Otra ventaja es que en un procesador cuántico no se precisan monitores, discos duros ni ningún tipo de hardware tal y como lo conocemos hoy en día: todo tiene lugar en una unidad de procesamiento absolutamente aislada, por lo que los ordenadores cuánticos son las herramientas perfectas para trabajar con información cifrada.