tecnología, computación cuántica
17 enero 2025.- En los últimos años, el campo de la computación cuántica ha experimentado un rápido crecimiento, con avances tecnológicos e inversiones a gran escala que aparecen periódicamente en las noticias. Las Naciones Unidas han designado 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas .
Hay mucho en juego: disponer de ordenadores cuánticos significaría tener acceso a una enorme capacidad de procesamiento de datos en comparación con la que tenemos hoy. No sustituirán a los ordenadores tradicionales, pero disponer de este tipo de impresionante capacidad de procesamiento permitirá avances en medicina, química, ciencia de los materiales y otros campos.
No es de extrañar, entonces, que la computación cuántica se esté convirtiendo rápidamente en una carrera global y que la industria privada y los gobiernos de todo el mundo se apresuren a construir la primera computadora cuántica a escala real del mundo. Para lograrlo, primero necesitamos procesadores o chips cuánticos estables y escalables.
¿Qué es un chip cuántico?
Los ordenadores de uso cotidiano, como los portátiles, son ordenadores clásicos. Almacenan y procesan información en forma de números binarios o bits. Un solo bit puede representar 0 o 1.
En cambio, la unidad básica de un chip cuántico es un cúbit/qubit. Un chip cuántico está formado por muchos cúbits, que suelen ser partículas subatómicas, como electrones o fotones, controladas y manipuladas por campos eléctricos y magnéticos especialmente diseñados (conocidos como señales de control).
A diferencia de un bit, un cúbit se puede colocar en un estado de 0, 1 o una combinación de ambos, también conocido como “estado de superposición”. Esta propiedad distintiva permite a los procesadores cuánticos almacenar y procesar conjuntos de datos extremadamente grandes exponencialmente más rápido que incluso la computadora clásica más poderosa.
Existen diferentes formas de crear cúbits: se pueden utilizar dispositivos superconductores, semiconductores, fotónica (luz) u otros métodos. Cada método tiene sus ventajas y desventajas.
Empresas como IBM , Google y QueRa tienen hojas de ruta para ampliar drásticamente los procesadores cuánticos para 2030.
Los actores de la industria que utilizan semiconductores son Intel y empresas australianas como Diraq y SQC . Entre los principales desarrolladores de computadoras cuánticas fotónicas se encuentran PsiQuantum y Xanadu .
Qubits: calidad versus cantidad
En realidad, la cantidad de qubits que tiene un chip cuántico es menos importante que la calidad de los qubits. Un chip cuántico compuesto por miles de cúbits/qubits de baja calidad no será capaz de realizar ninguna tarea computacional útil.
Entonces, ¿qué es lo que hace que un qubit sea de calidad?
Los cúbits son muy sensibles a las perturbaciones no deseadas, también conocidas como errores o ruido. Este ruido puede provenir de muchas fuentes, incluidas imperfecciones en el proceso de fabricación, problemas con la señal de control, cambios de temperatura o incluso simplemente una interacción con el entorno del cúbit.
La propensión a errores reduce la fiabilidad de un cúbit, lo que se conoce como fidelidad. Para que un chip cuántico se mantenga estable durante el tiempo suficiente para realizar tareas computacionales complejas, necesita cúbits de alta fidelidad.
Cuando los investigadores comparan el rendimiento de diferentes chips cuánticos, la fidelidad del qubit es uno de los parámetros cruciales que utilizan.
¿Cómo corregimos los errores?
Afortunadamente, no tenemos que construir qubits perfectos.
En los últimos 30 años, los investigadores han diseñado técnicas teóricas que utilizan muchos cúbits imperfectos o de baja fidelidad para codificar un «cúbit lógico» abstracto. Un cúbit lógico está protegido de errores y, por lo tanto, tiene una fidelidad muy alta. Un procesador cuántico útil se basará en muchos cúbits lógicos.
Casi todos los principales desarrolladores de chips cuánticos ahora están poniendo estas teorías en práctica, cambiando su enfoque de los qubits a los qubits lógicos.
En 2024, muchos investigadores y empresas de computación cuántica lograron grandes avances en la corrección de errores cuánticos, incluidos Google , QueRa , IBM y CSIRO .
Ya existen chips cuánticos de más de 100 cúbits que están siendo utilizados por numerosos investigadores de todo el mundo para evaluar la calidad de la generación actual de ordenadores cuánticos y cómo se pueden mejorar en las generaciones futuras.
Por ahora, los desarrolladores solo han creado cúbits lógicos individuales. Probablemente se necesitarán algunos años para descubrir cómo juntar varios cúbits lógicos en un chip cuántico que pueda funcionar de manera coherente y resolver problemas complejos del mundo real.
¿Para qué serán útiles los ordenadores cuánticos?
Un procesador cuántico completamente funcional sería capaz de resolver problemas extremadamente complejos, lo que podría tener un impacto revolucionario en muchas áreas de la investigación , la tecnología y la economía.
Las computadoras cuánticas podrían ayudarnos a descubrir nuevos medicamentos y avanzar en la investigación médica al encontrar nuevas conexiones en datos de ensayos clínicos o genéticos para los cuales las computadoras actuales no tienen suficiente poder de procesamiento.
También podrían mejorar en gran medida la seguridad de varios sistemas que utilizan algoritmos de inteligencia artificial , como los bancarios, los objetivos militares y los vehículos autónomos, por nombrar algunos.
Para lograr todo esto, primero debemos alcanzar un hito conocido como supremacía cuántica, donde un procesador cuántico resuelve un problema que a una computadora clásica le llevaría una cantidad de tiempo poco práctica.
A fines del año pasado, el chip cuántico Willow de Google finalmente demostró la supremacía cuántica para una tarea artificial: un problema computacional diseñado para ser difícil para las supercomputadoras clásicas pero fácil para los procesadores cuánticos debido a su forma particular de trabajar.
Aunque no resolvió ningún problema práctico del mundo real, sigue siendo un logro notable y un paso importante en la dirección correcta que ha requerido años de investigación y desarrollo. Después de todo, para correr, primero hay que aprender a caminar.
¿Qué nos depara el horizonte para 2025 y más allá?
En los próximos años, los chips cuánticos seguirán creciendo. Es importante destacar que la próxima generación de procesadores cuánticos estará respaldada por cúbits lógicos, capaces de abordar tareas cada vez más útiles.
Si bien el hardware cuántico (es decir, los procesadores) ha avanzado a un ritmo rápido, tampoco podemos pasar por alto una enorme cantidad de investigación y desarrollo en el campo del software y los algoritmos cuánticos.
Mediante simulaciones cuánticas en computadoras normales, los investigadores han estado desarrollando y probando varios algoritmos cuánticos. Esto permitirá que la computación cuántica esté lista para aplicaciones útiles cuando el hardware cuántico se ponga al día.
Construir una computadora cuántica a gran escala es una tarea ardua. Requerirá avances simultáneos en muchos frentes, como aumentar la cantidad de cúbits en un chip, mejorar la fidelidad de los cúbits, mejorar la corrección de errores, desarrollar software cuántico, desarrollar algoritmos cuánticos y otros subcampos de la computación cuántica.
Después de años de notable trabajo fundacional, podemos esperar que 2025 traiga nuevos avances en todo lo mencionado anteriormente.
