Qubits y mundos paralelos

El vertiginoso desarrollo del hardware –desde los primeros procesadores 4004 hasta los actuales procesadores de cuatro núcleos, pasando por las 80086, 80186, 286, 386, 486, Pentium I, Pentium IV, entre otros–  parece no acabar nunca. Sin embargo, ¿tendrá un límite esta evolución?

 

El límite es el de las leyes de la física, y hacia ese punto es que asombrosamente se está dirigiendo la computación. Si bien la idea de la computadora cuántica (la teoría cuántica es la rama de la física que explica el comportamiento de la materia a escala muy pequeña) fue concebida en 1970 por David Deutsch, físico de la Universidad de Oxford, fue en febrero de este año que la compañía canadiense D-Wave presentó a Orion ante la comunidad científica mundial, “la primera computadora cuántica comercialmente viable del mundo”. Según la revista Wired, en su presentación Orion resolvió un complicado Sudoku –tarea que por cierto las computadoras clásicas también pueden llevar a cabo–, y también realizó de manera más sorprendente una búsqueda de moléculas similares al fármaco Prilosec en una base de datos compuesta por moléculas.

  La computadora cuántica

De acuerdo con Popular Mechanics, la computadora cuántica es aquella que trabaja con unos y ceros, pero esos números son representados por electrones que alternan entre un estado de energía aterrizada (0) o excitada (1). Cada uno de estos bits cuánticos (qubits) logra suspenderse en una especie de limbo, y actúa como 0 y 1 al mismo tiempo. En cristiano: en una computadora clásica cualquier registro de tres bits (101) podría almacenar en un momento específico sólo una de ocho posibilidades. Por otro lado, un registro quantum de tres qubits podría almacenar en un momento específico los ocho números en una superposición cuántica (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) o 2 a la “n” cálculos, siendo “n” el número de qubits. Esta propiedad les permite realizar muchas operaciones distintas en paralelo.

 

Aunque Orion, la computadora cuántica de D-Wave, tiene 16 qubits, la empresa prometió que para finales de este año lanzarán una nueva versión pero con 1,000 qubits, esto es 2 a la 1,000 operaciones distintas en paralelo. Muchos científicos creen que una computadora cuántica podría ser incluso más rápida que la velocidad de la luz, pues su velocidad estará basada en entrelazamientos cuánticos y no en electrones o fotones.

  Usos y aplicaciones

Está claro que los beneficios de las computadoras cuánticas escaparán al usuario común; es decir, no se imagine utilizando algún día este tipo de máquina para el uso de herramientas sencillas como procesadores de texto, hojas de cálculo o correo electrónico. David Deutsch explica que la principal aplicación de la computación cuántica será la simulación de sistemas cuánticos hallados en la naturaleza, dado que éstos no pueden ser simulados en una computadora clásica. Deutsch explica que con una computadora cuántica se puede simular cómo se comporta un objeto en diferentes universos a la misma vez, mientras que con una computadora clásica se tendría que hacer uno por uno y de ahí combinar las soluciones con ecuaciones que los relacionen, lo cual se vuelve imposible una vez que se tiene más de tres partículas involucradas. Por otro lado, Deutsch también señala que en el largo plazo este tipo de computadoras serán muy útiles para aplicaciones de nanotecnología.

 

Otra aplicación de las computadoras cuánticas será en la criptografía, pues todos o casi todos los sistemas criptográficos serán fácilmente descifrables. También se podrán crear mensajes encriptados perfectos para soluciones de seguridad nacional y transacciones financieras. Asimismo, operaciones matemáticas complejas –factorización del producto de dos números primos de más de 300 cifras, resolución de logaritmos, entre otros– serán resueltas en tiempo infinitamente menores.

  ¿Revolución? La simulación de los distintos estados cuánticos de la naturaleza y, por ende, el entendimiento de las leyes de la física no es poca cosa; no obstante, para Deutsch la aplicación práctica de la computación cuántica no está cerca de ser una gran revolución como Internet o la introducción de las computadoras personales. Orion tiene 16 qubits; la meta –no poco ambiciosa– es que tenga 1,000 a finales de este año. Habrá que esperar a ver si se empieza una carrera, como la de los microprocesadores de Intel, de qubits, y ver cuál será el real impacto en la física, en la computación, y por qué no, en nuestra manera de entender el mundo.