Cómo programar un ordenador cuántico
Los ordenadores cuánticos podrían descifrar la criptografía que sustenta la estabilidad financieraLos soldados de la antigua Grecia enviaban despachos secretos enrollando una tira de pergamino alrededor de un bastón y escribiendo sobre él. Sus mensajes sólo podían ser descifrados por alguien con un bastón del mismo grosor. Es uno de los primeros ejemplos de criptografía. Los secretos actuales, como la comunicación por Internet, la banca digital y el comercio electrónico, están protegidos de las miradas indiscretas por potentes algoritmos informáticos. Sin embargo, estos códigos criptográficos, hasta ahora impenetrables, podrían ser pronto historia.
Los ordenadores cuánticos pueden alcanzar un nivel de optimización que permitiría descifrar muchas de las claves de cifrado actuales en menos tiempo del que se tarda en generarlas con ordenadores digitales convencionales. Las instituciones financieras deberían preparar sus sistemas de ciberseguridad para el futuro sin demora. Si no lo hacen, pondrán en peligro la estabilidad financiera.Una revolución cuántica
La computación cuántica es el uso de fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento para realizar cálculos. La unidad básica de un ordenador cuántico es el bit cuántico (o qubit, para abreviar). Suele realizarse mediante las propiedades cuánticas de las partículas subatómicas, como el espín de los electrones o la polarización de un fotón. Mientras que cada bit binario utilizado en los ordenadores digitales actuales representa un valor de cero o uno, los qubits representan tanto el cero como el uno (o alguna combinación de ambos) al mismo tiempo. Este fenómeno se llama superposición. El entrelazamiento cuántico es una conexión especial entre pares o grupos de elementos cuánticos. El cambio de estado de un elemento afecta a otros elementos entrelazados de forma instantánea, independientemente de la distancia entre ellos.
Cuándo estarán disponibles los ordenadores cuánticos
Cuando estaba en la escuela secundaria, leí un libro popular sobre programación en BASIC (que era el lenguaje de programación más popular para los principiantes en aquella época). Pero era 1986, y todavía no teníamos ordenadores en casa ni en la escuela. Así que sólo podía escribir programas de ordenador en papel, sin poder probarlos en un ordenador real.
Sorprendentemente, ahora estoy haciendo algo parecido: estoy estudiando cómo resolver problemas en un ordenador cuántico. Todavía no tenemos un ordenador cuántico totalmente funcional. Pero estoy intentando averiguar qué podrán hacer los ordenadores cuánticos cuando los construyamos.
La historia de los ordenadores cuánticos comienza en 1981 con Richard Feynman, probablemente el físico más famoso de su tiempo. En una conferencia sobre física y computación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, Feynman planteó la siguiente pregunta: ¿Podemos simular la física en un ordenador?
La respuesta fue: no exactamente. O, más exactamente, no toda la física. Una de las ramas de la física es la mecánica cuántica, que estudia las leyes de la naturaleza a escala de átomos y partículas individuales. Si intentamos simular la mecánica cuántica en un ordenador, nos encontramos con un problema fundamental. La descripción completa de la física cuántica tiene tantas variables que no podemos hacer un seguimiento de todas ellas en un ordenador.
La computación cuántica está llegando, ¿qué puede hacer?
Los ordenadores no existen en el vacío. Sirven para resolver problemas, y el tipo de problemas que pueden resolver está influenciado por su hardware. Los procesadores gráficos están especializados en la representación de imágenes; los procesadores de inteligencia artificial, en la IA; y los ordenadores cuánticos están diseñados para… ¿qué?
Aunque la potencia de la computación cuántica es impresionante, no significa que el software existente se ejecute simplemente mil millones de veces más rápido. Más bien, los ordenadores cuánticos tienen ciertos tipos de problemas que son buenos para resolver, y otros que no. A continuación se exponen algunas de las principales aplicaciones que deberíamos ver a medida que esta nueva generación de ordenadores esté disponible comercialmente.
Una de las principales aplicaciones de la computación cuántica es la inteligencia artificial (IA). La IA se basa en el principio de aprender de la experiencia, volviéndose más precisa a medida que se le da retroalimentación, hasta que el programa informático parece exhibir “inteligencia”.
Esta retroalimentación se basa en el cálculo de las probabilidades de muchas opciones posibles, por lo que la IA es un candidato ideal para la computación cuántica. Promete alterar todos los sectores, desde la automoción hasta la medicina, y se ha dicho que la IA será para el siglo XXI lo que la electricidad fue para el XX.
Computación cuántica
La computación cuántica es un tipo de cálculo que aprovecha las propiedades colectivas de los estados cuánticos, como la superposición, la interferencia y el entrelazamiento, para realizar cálculos. Los dispositivos que realizan cálculos cuánticos se conocen como ordenadores cuánticos[1]: I-5 Aunque los ordenadores cuánticos actuales son demasiado pequeños para superar a los ordenadores habituales (clásicos) en aplicaciones prácticas, se cree que son capaces de resolver ciertos problemas de cálculo, como la factorización de enteros (en la que se basa el cifrado RSA), de forma sustancialmente más rápida que los ordenadores clásicos.[2] El estudio de la computación cuántica es un subcampo de la ciencia de la información cuántica.
Existen varios tipos de ordenadores cuánticos (también conocidos como sistemas de computación cuántica), entre ellos el modelo de circuito cuántico, la máquina de Turing cuántica, el ordenador cuántico adiabático, el ordenador cuántico unidireccional y varios autómatas celulares cuánticos. El modelo más utilizado es el circuito cuántico, basado en el bit cuántico o “qubit”, que es algo análogo al bit en la computación clásica. Un qubit puede estar en un estado cuántico 1 o 0, o en una superposición de los estados 1 y 0. Sin embargo, cuando se mide, siempre es 0 o 1; la probabilidad de uno u otro resultado depende del estado cuántico del qubit inmediatamente antes de la medición.