Una computadora tradicional como puede ser un portátil o un smartphone tiene mucha potencia a día de hoy. Y la electrónica detrás de esta tecnología es simple, todos los procesos se basan en su unidad de información más pequeña, el bit, puede tener dos valores distintos «0» o «1».
Esta es la base del código binario, el lenguaje de los ordenadores tradicionales, que ha condicionado siempre sus capacidades de cálculo. Computadoras clásicas de los 80 como fue la Commodore 64 podían mostrar en pantalla hasta 16 colores gracias a una capacidad de memoria de 64kb (512.000 bits), que ahora es rídícula en comparación con un móvil actual y sus 12gb de memoria (103.079.215.104 bits).
El crecimiento en capacidad de procesamiento ha evolucionado al punto de poder tener una conversación con un ordenador. La cuestión está en que sigue habiendo una gran limitación. Cuando un ordenador normal busca en una base de datos, lo hace de manera secuencial probando cada opción.
Un ordenador cuántico se diferencia en que puede procesar muchas posibilidades al mismo tiempo. Este tipo de procesadores usan cubits, que serían el equivalente al bit. Un cubit es una unidad de información cuyos estados («0» y «1») están superpuestos cuánticamente. Esto reduce el tiempo de cálculos y procesos complejos enormemente.
Esto quiere decir, está en ambas opciones al mismo tiempo de manera probabilística, sólo al ser observado (procesado) se puede ver como uno de los dos estados. Es como una moneda al ser lanzada al aire, mientras gira no es ni cara ni cruz, pero potencialmente es cualquiera de las dos, hasta que cae y se decanta por un lado u otro.
Sistema
Los ordenadores cuánticos son sistemas complejos y muy difíciles de mantener, que principalmente se desarrollan como recursos para la investigación científica. Con varios en España, el que más cerca está de Adealóxica es el Qmio en Santiago de Compostela.
El CESGA (Centro de Supercomputación de Galicia) se encarga de la gestión de este sistema y de garantizar su acceso para investigadores. Este centro de investigación también recibe visitas educativas y cuenta con una aplicación en Android e IOs. Es una buena muestra de las distintas partes necesarias para todo el funcionamiento.
Una de las partes más destacables es el sistema de control de gases, dos circuitos de refrigeración distintos regulan la temperatura de la estancia de todo este sistema. Los cubits necesitan una temperatura inferior a 10mK (-273,14 Cº) para funcionar de manera estable.
Los cúbits están en la QPU (Quantum Processor Unit) que manipula cada uno de estos para realizar los cálculos en distintos procesos. Existen distintas formas de construir un procesador de este tipo, siendo una de las más extendidas el uso de superconductores coaxmon, cuya alimentación eléctrica es perpendicular a la QPU.
Para interactuar con este sistema de procesamiento se usa un superordenador, que ya de por sí cuenta con una capacidad de cálculo titánica. El Finisterrae III es un equipamiento de cómputo avanzado reconocido como Instalación Científico Técnica Singular. Este aparato cuenta con 22.656 núcleos de proceso y un subsistema de almacenamiento permanente de datos en cinta con capacidad de 20PB.
Para qué
El procesamiento cuántico es la clave para hacer cálculos y desempeñar tareas que ningún otro ordenador podría hacer. Un ordenador cuántico no funciona para ejecutar código, sino que es un apoyo en el proceso de ejecutar cálculos en base a algoritmos complejos en tiempo récord.
Uno de los principales referentes de la computación cuántica y su potencial es el algoritmo de factorización de Shor. Factorizar un número de manera tradicional es simple, excepto cuando se trata de un número muy grande, especialmente los que se consideran criptográficamente seguros. Este y otros como el de Grover son la esencia de la computación cuántica, cálculos y comprobaciones de posibilidades a la mayor velocidad posible.
Toda esta capacidad de trabajo puede ser revolucionaria para distintos ámbitos como:
- Optimización logística: la gestión de bases de datos, almacenes, carteras de clientes o rutas de transporte son lo que más complica el día a día de grandes negocios. Precisamente la gestión de la búsqueda de datos y el cálculo de las mejores rutas son cosas que la computación cuántica puede hacer sin problema.
- Criptografía: una parte esencial del funcionamiento de tantos servicios y software para empresas y particulares es la encriptación. Es necesaria para la seguridad de procesos sin intervención de terceros, y los algoritmos cuánticos pueden ser la clave para crear encriptaciones indescifrables por vías tradicionales. A su vez los ordenadores cuánticos dejarían obsoleta toda la criptografía actual, ya que podrían descifrar con facilidad cualquier protocolo.
- Simulaciones: muchos ámbitos científicos se basan en la experimentación empírica, pero no siempre se da todo en entornos reales. Las simulaciones digitales son herramientas poderosas para estimar el efecto de fármacos o el comportamiento de células, bacterias y demás microbios. Estas simulaciones son más efectivas cuanto más complejas, por lo que se benefician altamente de ordenadores cuánticos.
- Machine Learning: igual que las simulaciones en investigación, el desarrollo de modelos de lenguaje se da con iteraciones virtuales en las que se entrena a un algoritmo complejo para identificar patrones en imágenes o redacción de texto. La computación cuántica podría reducir el coste en tiempo y energía de este tipo de procesos.
Acceso
En general todo el discurso sobre la computación cuántica no es todavía una realidad. Existen muchos ordenadores reales y están en uso, pero todavía son experimentales e inviables para usos más allá de la investigación científica.
Los altos costes de construcción y mantenimiento limitan altamente las posibilidades reales. Pero en cualquier caso sí que existen numerosos ordenadores en el mundo a los que se puede acceder remotamente. Eso sí, están reservados para investigación científica oficial.
En el caso de Qmio en su web explican cómo acceder a él y las condiciones de uso, que pueden variar según quién lo requiere y el objetivo de estudio.
