¿Qué es y cómo funciona la computación cuántica?

La computación cuántica ha avanzado de manera discreta pero importante en los últimos años dentro de las Tecnologías de la Información, y tiene el objetivo de revolucionar lo que conocemos, ya que es capaz de resolver problemas altamente complejos.

Esto es importante porque promete acelerar tareas específicas con estructura aprovechable: búsqueda más rápida que la clásica, reacciones que pueden impulsar nuevos fármacos, entre otros.

Si quieres conocer qué es la computación cuántica, cómo funciona y cómo puede ayudar, aquí te explicamos. 

¿Qué es la computación cuántica?

Se basa en los principios de la mecánica cuántica para llevar a cabo cálculos complejos de forma más rápida que las computadoras tradicionales, en especial en ámbitos como: optimización, criptografía, etc.

Funciona mediante cúbits, unidad básica de información, que representan combinaciones de estados que, al operar con puertas cuánticas, exploran espacios de solución de forma paralela y probabilística. 

En términos más simples: un sistema cuántico ejecuta circuitos, es decir, secuencias de operaciones que preparan, transforman y miden cúbits para extraer resultados, repitiendo el proceso para obtener distribuciones confiables. 

¿Cómo funciona la computación cuántica?

Se rige bajo los principios de la mecánica cuántica y, a diferencia de las computadoras tradicionales, que procesan información con bits (0 y 1), la computación cuántica utiliza cúbits, que representan varios estados al mismo tiempo gracias a sus propiedades:

1. Superposición

Un cúbit no se limita a ser un 0 o un 1; puede ser ambos al mismo tiempo, lo que permite que la computación cuántica sea capaz de analizar muchas respuestas posibles a la vez, siendo más rápida para resolver determinados problemas. 

2. Entrelazamiento

Cuando los cúbits están entrelazados, lo que le pasa a uno afecta al otro sin importar la distancia que haya entre ellos.

Debido a esto, las computadoras cuánticas son capaces de trabajar con la información de forma coordinada y eficiente. 

3. Interferencia

La interferencia ayuda a que las computadoras fortalezcan las respuestas correctas y supriman las incorrectas.

Es como tener diferentes opciones y respuestas y contar con un filtro inteligente para quedarte solo con las más adecuadas o las mejores. Así se logran resultados más precisos y no se pierde tiempo con soluciones equivocadas. 

4. Operaciones cuánticas

Al igual que una computadora normal, realiza operaciones matemáticas, pero empleando las operaciones cuánticas, que manipulan los estados de los cúbits.

De esta manera, se realizan cálculos complejos en segundos, lo que para una computadora normal llevaría hasta años. 

¿Cuál es la diferencia entre computación cuántica y clásica?

Aunque ambas buscan resolver problemas mediante cálculos, la computación cuántica funciona muy diferente a la clásica, sobre todo, en el modo en que procesan la información.

Te mostramos una comparación detallada:

Aspecto	Computación clásica	Computación cuántica
Unidad de información	Usa bits, que solo pueden tener un valor a la vez: 0 o 1.	Usa cúbits, que pueden estar en varios estados al mismo tiempo gracias a la superposición.
Forma de procesar datos	Analiza las opciones una por una, de forma lineal.	Puede analizar múltiples opciones al mismo tiempo, acelerando los resultados.
Velocidad y potencia	Limitada por el número de operaciones que puede realizar por segundo.	Puede resolver problemas complejos millones de veces más rápido que una computadora tradicional.
Errores y precisión	Muy estable, los resultados suelen ser predecibles y exactos.	Todavía propensa a errores por la fragilidad de los cúbits, aunque se mejora cada año.
Aplicaciones principales	Uso cotidiano: ofimática, navegación, videojuegos, análisis de datos, inteligencia artificial básica.	Aplicaciones avanzadas: criptografía, simulación de moléculas, optimización de rutas o desarrollo de nuevos materiales.
Estado actual	Totalmente desarrollada y accesible.	En fase experimental y con avances constantes, pero aún no disponible para el uso diario.
Costo y mantenimiento	Económica y de fácil acceso.	Muy costosa, requiere condiciones extremas (como temperaturas cercanas al cero absoluto).

¿Qué aplicaciones reales y potenciales tiene la computación cuántica?

Si bien se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, muestra potencial importante dentro de varias industrias.

Algunas de las principales son las siguientes:

¿Cuáles son los retos y limitaciones de la computación cuántica? 

La computación cuántica enfrenta algunos obstáculos para su adopción. Entre los principales se encuentran:

1. Fragilidad de los cúbits y necesidad de enfriamiento extremo

Los cúbits siguen siendo sensibles a su entorno. Algunas condiciones como vibraciones o cambios de temperatura pueden afectar su estado, provocando errores en los cálculos que se realizan.

Para mantener la estabilidad, los sistemas requieren temperaturas cercanas al cero, siendo indispensable el uso de sistemas de enfriamiento.

Debido a esto, se ve limitada su confiabilidad y la duración de los procesos.

2. Alto costo y complejidad técnica

Construir y dar mantenimiento a una computadora cuántica es muy costoso.

La infraestructura requiere cámaras de vacío, controladores electrónicos de alta presión y mucho más.

Además, diseñar hardware que sea capaz de soportar los cúbits de forma estable requiere conocimientos especializados, lo que hace que la computación cuántica solo sea accesible para corporaciones muy grandes o centros de investigación.

3.  Escalabilidad limitada

A pesar de que los prototipos funcionan con cientos de cúbits, incrementar el número de forma segura es difícil. Conforme se agregan cúbit, crece la probabilidad de errores.

La escalabilidad es fundamental para resolver problemas prácticos de importancia, y por ahora, se trata de un cuello de botella.

4. Falta de personal personalizado

El desarrollo y la operación de la computación cuántica requiere especialización en física cuántica, matemáticas y programación.

La escasez de profesionales dificulta la rapidez con que se avanza y se implementa la tecnología, pero se sigue trabajando para cerrar la brecha entre la demanda de talento y la oferta. 

Conclusión

A pesar de los desafíos actuales, la computación cuántica avanza y promete revolucionar algunas industrias. Para las empresas que desean estar a la vanguardia, es vital familiarizarse con esta tecnología.

Además, mantenerse informado sobre los avances y colaborar con centros de investigación puede facilitar una transición exitosa hacia la computación cuántica.

En Moore Orozco Medina, ofrecemos soluciones en Tecnologías de la Información, que pueden servir como punto de partida para integrar herramientas que ayuden a tus procesos tecnológicos. 

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