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La computación cuántica: una herramienta maestramiércoles, 29 agosto 2018

Esta columna de opinión la escribió Aldo Delgado, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción, y director del Instituto Milenio de Investigación en Óptica MIRO.

Se está acumulando una impresionante cantidad de información digital. A diario se producen datos equivalentes a 170 mil periódicos por cada habitante del planeta. Manejar esta enorme cantidad de contenidos requiere mucho procesamiento computacional.

Mejores procesadores son capaces de ejecutar más operaciones por unidad de tiempo. Mejores medios de almacenamiento son capaces de soportar más datos y transferirlos rápidamente.

¿Cómo avanzamos?

Se han desarrollado procesadores basados en transistores cada vez más pequeños. Estos almacenan la información codificada en ceros y unos, y la procesan mediante operaciones básicas (las compuertas lógicas). El primer transistor medía decenas de centímetros; los actuales se miden en nanómetros (la millonésima parte de un milímetro).

¿Qué tan pequeño puede ser un transistor? Del tamaño de un átomo; como una décima de nanómetro.

Los actuales procesadores fueron creados asumiendo que los sistemas obedecen las leyes de la física clásica. No es el caso de los átomos. Para comprender el mundo microscópico, utilizamos la teoría cuántica. Surge así la posibilidad de desarrollar computadores cuánticos.

En un computador tradicional, la información se presenta en los transistores por medio de bits, los cuales pueden tener uno de dos posibles estados: cero o uno. En un computador cuántico, se emplea un bit cuántico (qubit), el cual puede existir en un estado de indefinición perpetua, siendo a la vez uno y cero, como una moneda que mientras gira es cara y sello a la vez. Esto permite nuevos algoritmos; es decir, nuevas maneras de resolver problemas importantes. Los algoritmos cuánticos exhiben un crecimiento casi exponencial en la velocidad de cálculo. Además, son capaces de manejar gigantescas cantidades de información en paralelo.

Grandes empresas han desarrollado prototipos de computadores cuánticos. La alianza IBM Q Network permite a empresas como JPMorgan Chase, Daimler AG, Samsung, Hitachi Metals, Honda, así como a las universidades de Oxford, Keio (Japón) y Melbourne utilizar los sistemas comerciales de computación cuántica IBM Q para explorar aplicaciones prácticas para negocios y ciencia.

Además, IBM Q, a través de IBM Q Experience —disponible públicamente— ha puesto a disposición de los usuarios registrados un computador cuántico donde pueden ejecutar algoritmos y experimentos, trabajar con bits cuánticos individuales y explorar tutoriales y simulaciones.

D-Wave Systems, una empresa fundada en 1999 para el desarrollo de sistemas de computación cuántica, ya ha comercializado su cuarta generación de computador cuántico, el D-Wave 2000Q (2017), y ha impulsado un modelo de negocios que incluye a empresas como Lockheed Martin, Google y la NASA.

Los sistemas cuánticos tienen aún mucho más que ofrecer: sensores cuánticos, dispositivos con una sensibilidad sin precedente para aplicaciones en biomedicina y minería, en grillas de energía inteligentes y transacciones financieras. El único límite es nuestra imaginación.

Aldo Delgado

Director  Instituto Milenio de Investigación en Óptica MIRO

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