Conceptos básicos de tecnología cuántica 

La tecnología cuántica recibe cada vez más atención, y no es para menos. Cada vez se entiende mejor la física cuántica involucrada en este nuevo proceso de cálculo, y gracias a avances en otros campos los computadores cuánticos están bajando rápidamente de coste. Lo que antes era meramente teórico y pasó por una fase de laboratorio se está asentando como tecnología comercial. Es posible que en unos años sea frecuente usar tecnología cuántica en diferentes ámbitos del día a día, aunque probablemente en remoto por las condiciones particulares que requiere para operar. 

¿Qué es la tecnología cuántica? 

La tecnología cuántica son todos aquellos campos técnicos que aprovechan las cualidades cuánticas de la realidad para funcionar. Para entenderlo, se puede pensar en los edificios de fábrica como tecnología gravitatoria, porque es la masa del ladrillo y su peso lo que mantiene unidas las fachadas. Esta tecnología cuántica trabaja sobre propiedades consideradas exóticas porque no se perciben a simple vista, operan a niveles atómicos. 

¿Por qué se habla tanto de física cuántica? 

Lejos de ser algo reciente, la física cuántica lleva siendo estudiada desde 1900 —en 1918, Planck recibió el Nobel de física por la creación de la rama de estudio de la la mecánica cuántica—, aunque es ahora se dispone de mucho mayor nivel tecnológico y aplicaciones que están llegando al día a día. Es por ello que se habla con cada vez más frecuencia de computación cuántica, emisión de luz cuántica, comunicaciones cuánticas, etc. 

La era de la computación cuántica 

Hasta hace pocas décadas, casi todos los estudios sobre cuántica eran teóricos. No por no ser demostrables, que muchos también, sino porque la técnica humana no estaba a la altura de la manipulación de esta realidad. Aunque esto ya le pasó a otras ramas de la computación. 

A mediados del siglo pasado, la computación ahora clásica rozaba la magia hasta el punto de que Gordon Moore descubrió una ley que señalaba que cada pocos meses el poder de cálculo se iba a duplicar. Y se cumplió. Se sigue cumpliendo, de hecho, aunque cada vez es más difícil comprimir transistores en el espacio físico y finito de un procesador. 

Esta computación clásica está agotando sus vías de mejora, por lo que la computación cuántica se está posicionando como el futuro relevo del procesamiento de información. Cada vez son mayores los avances en esta rama de estudio, y hace tiempo que los procesadores cuánticos han salido del laboratorio para hacer sus intentos como tecnología comercial. Hasta ahora, tan solo en grandes empresas muy punteras tecnológicamente. 

¿Cómo funciona un ordenador cuántico? 

Un procesador cuántico es uno capaz de aprovechar los fenómenos de la mecánica cuántica para trabajar con información. Al igual que el ordenador convencional trabaja con bits de información (0 o 1) grabados en estructuras físicas como el silicio, el ordenador quántico trabaja con cúbits, un tipo de unidad capaz de almacenar valores continuos o realizar operaciones matemáticas avanzadas. Por ejemplo, un cúbit puede almacenar valores superpuestos al mismo tiempo, a diferencia del bit. 

Aunque son muy superiores en aspectos fundamentales, trabajar con sistemas tan complejos supone errores enormes ante variaciones mínimas de las condiciones de trabajo. Es por eso que los ordenadores cuánticos suelen refrigerarse hasta temperaturas de -273 ºC, muy próximas al cero absoluto, y exigen protocolos de descontaminación punteros. 

¿Por qué los ordenadores cuánticos son el futuro? 

Existen muchos cuellos de botella en la computación actual que hacen que los ordenadores cuánticos sean indispensables: 

Por ejemplo, cuando se analizan fármacos existen tres estadios de estudio: in vivo, el primero históricamente descubierto, de aplicación del fármaco sobre seres vivos; in vitro, sobre células en laboratorio; e in silico, mediante cálculos numéricos en ordenadores. Aunque todos los pasos son necesarios, los últimos dos han acelerado el descubrimiento de fármacos. Pero es que existen más de 10⁶⁰ combinaciones posibles de los compuestos que conocemos, y analizar las propiedades de un volumen así sin computación cuántica implicaría no descubrirlos nunca. 

Otra aplicación de la tecnología cuántica es acelerar procesos de entrenamiento de inteligencias artificiales, cada vez más usadas en todos los campos. Entrenar una IA es un proceso costoso tanto en recursos (principalmente, energéticos) como en tiempo. Pero la tecnología cuántica puede ayudar a acortarlos de forma notable. 

En general, cualquier tipo de simulación, como por ejemplo la simulación de modelos complejos como el clima o los gases dentro de los motores, requieren de un volumen de computación con los que los ordenadores convencionales se atascan. Ya se está empezando a usar la cuántica con fines de entender sistemas como el oceánico-atmosférico. 

También en aplicaciones más específicas y avanzadas como el cálculo de rutas espaciales altamente eficientes en combustible, el diseño molecular de materiales para usos muy concretos o incluso la gestión de la logística. 

Más datos por unidad de tiempo 

La clave de la computación cuántica, de forma extraordinariamente resumida, es que es capaz de trabajar con un volumen más alto de datos en menos tiempo. Es como pisar el pedal del acelerador o haber descubierto la rueda. El uso de datos de la humanidad se ha mantenido relativamente estable durante milenios, pero desde hace varios siglos no ha dejado de aumentar. 

Si en 2010, la Humanidad había generado dos zetabytes de información (mil millones de gigabytes), en 2015 eran 16 y en 2020 habíamos llegado a 64. Se estima que cerraremos 2025 con más de 180 zetabytes, un volumen de datos que los ordenadores convencionales no pueden seguir manejando con chips clásicos. Aunque resulte paradójico, la computación cuántica no resolverá estos dolores de crecimiento sino que hará que este crecimiento exponencial parezca tan lineal como desde nuestra perspectiva observamos los datos del siglo XV. 

Ya se habla del Big Bang del Big Data o el Big Bang Data, derivado en parte de la aplicación de la ley de Moore y en parte de la capacidad de procesamiento de los ordenadores cuánticos. Si ahora la humanidad genera este volumen de información, imaginemos lo que crearemos con máquinas capaces de manejar volúmenes más grandes.