Marvin G. Soto| Especialista en Ciberseguridad, Cybercom CR| boletinclic@camtic.or

La computación cuántica –que esta ya entre nosotros, aunque no ha despegado para el consumo masivo-, inaugura una nueva era de computación, una en la que el enfoque aproximativo, permitirá encontrar respuestas a problemas que actualmente los mayores centros de datos del mundo son incapaces de resolver.

Se trata de un paradigma de computación distinto al de la computación clásica, ya que se basa en el uso de qubits en lugar de bits, dando lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.

La computación cuántica no es de reciente data. Tiene sus orígenes en los años 70 y su desarrollo comenzó a acelerarse cuando los investigadores llegan a la conclusión de que la computación tradicional conocida, basada en la producción de microchips cada vez más pequeños con los que mejorar la velocidad a la que se procesan los datos, tiene fecha de caducidad.

La historia nos cuenta que Richard Feynmann, del California Institute of Technology, de Pasadena; Paul Benioff, de Argonne National Laboratory, en Illinois; David Deutsch, de la Universidad de Oxford, en Inglaterra, y Charles Bennett, del T.J. Watson Research Center de IBM en Yorktown Heights, propusieron por primera vez el concepto de las computadoras cuánticas en las décadas de 1970 y 1980, muchos científicos dudaron que alguna vez ese tipo de computadora pudiera resultar práctica.

En 1994, Peter Shor, de AT&T Research, describió un algoritmo cuántico específicamente diseñado para factorizar números grandes y exponencialmente más rápido que las computadoras convencionales, lo suficientemente rápido como para burlar la seguridad de muchos criptosistemas de clave pública. El potencial del algoritmo de Shor alentó a muchos científicos a tratar de explotar las capacidades de las computadoras cuánticas.

En la computación cuántica, se apuesta por una estructura de computación completamente distinta, en la que, en vez de trabajar a nivel de voltaje eléctrico, se trabaja a nivel de “cuanto”. El término “cuanto” o “cuantio” en física cuántica, denota tanto el valor mínimo que puede tomar una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima variación posible al pasar de un estado discreto a otro. De esta forma, aplicando los principios propios de la física cuántica, se abre un nuevo mundo de infinitas posibilidades, empezando por las unidades más básicas.

Para ampliar, mientras que en la computación clásica el bit sólo puede tomar dos valores (0,1), en la computación cuántica, el valor que se obtiene puede ser 0, 1 o 0, 1 a la vez y varias veces en simultaneo.

Esta superposición de valores permite realizar varias operaciones a la vez, produciendo resultados de forma exponencial. Entonces, ya no hablamos de bits, sino de qubits o bits cuánticos. El número de qubits de una máquina indica el número de bits que pueden estar superpuestos, lo que define a su vez la capacidad de cálculo bruto del procesador.

La computación clásica sigue siendo una máquina de Turing, con las limitaciones que su misma estructura y arquitectura le impone. Por otra parte, la computación cuántica enfrenta los problemas que se le plantean de una forma completamente diferente, reflejando de forma mucho más precisa el comportamiento de un cerebro humano, lo que la convierte en una plataforma mucho más adecuada para el desarrollo de redes neuronales y el despliegue de algoritmos de aprendizaje automático.

Físicamente, los equipos cuánticos son tremendamente sensible a cualquier cambio de temperatura, así como a todo tipo de oscilaciones y vibraciones externas. Para conseguir que los qubits se superpongan y realicen cálculos conjuntos, tenemos que llevar la temperatura de los qubits hasta el cero absoluto (270 °C bajo cero).

Conseguir esta temperatura y eliminar además cualquier tipo de vibración, obliga a encerrar el sistema en un enorme cubo de cristal sellado herméticamente. A este espacio únicamente puede accederse por medio de pequeña puerta, y en el caso de que sea necesario realizar alguna modificación en el dispositivo.

Una vez que el dispositivo queda aislado, el próximo reto es comunicarse con el equipo. Para ello, enviamos pulsos de información en forma de microondas, que son las que transmiten el lenguaje de codificación a los qubits. Una vez que los qubits se combinan y producen el resultado, necesitamos extraerlos e introducirlos de nuevo en una computadora clásica que los interpreta. Toda una travesía hoy día.

Las computadoras cuánticas se mantienen encerradas en laboratorios. El momento en que las empresas puedan comenzar a trabajar con ellas directamente, más allá de hacerlo a través de una conexión croad, aun no se visualiza en el horizonte cercano. Así que hasta que este futuro llegue, los equipos se mantendrán en el esto actual de la cuestión.

Imágenes: IBM Quantum Computer, Rigetti Quantum Computer and Qubit Counter by MIT