Entendiendo los qubits, piezas clave en la computación cuántica
Si ya la mecánica cuántica resulta un concepto vertiginoso para gran parte de la población, hablar de computación cuántica casi termina por empeorar la situación. Sin embargo, esta es una disciplina indispensable en la actualidad tecnológica y fundamental para entender el futuro hacia el que nos dirigimos.
Quizás la reconozcas por la forma en la que desafía la programación y computación más tradicional, basada en una secuencia de unos y ceros conocidos como código binario, proponiendo simultáneamente una nueva forma de procesar y de almacenar la información. Y, dentro de este contexto, los qubits – o bits cuánticos – se alzan como verdaderos protagonistas, aportando una dualidad cuántica única en la que no es necesario elegir un estado de uno o un estado de cero: gracias a la superposición cuántica, estas unidades de información pueden existir en los dos estados de forma simultánea.
¿Qué son los Qubits?
Ahora bien, sumergirse en los qubits conlleva, como es lógico, adentrarse un poco en el terreno de la física cuántica, en donde las partículas tienen que ser estudiadas de manera determinada, dentro de los órdenes de magnitud en los que se mueven y lejos de las leyes clásicas, en las que la intuición sostiene un papel mucho más importante. Así, los qubits se alzan como las unidades básicas de información (tal y como los bits en la computación clásica) y su esencia se manifiesta a través de dos propiedades fundamentales: la superposición y el entrelazamiento cuántico.
Por su parte, la superposición es uno de los pilares que distingue a los qubits de los clásicos bits. Y es que, mientras que los bits tradicionales están limitados a identificarse con un estado de 0 o un estado de 1, los qubits pueden existir simultáneamente en los dos como un estado de superposición.
Se trata entonces de un estado dual que permite una capacidad de procesamiento masiva, pues de esta forma pueden considerar todas las soluciones posibles a un problema al mismo tiempo, sin tener que ir analizando estado por estado más lentamente. Es como si, en el ámbito cuántico, la información pudiera explorar múltiples realidades de manera reiterada. Obviamente, es un factor que hace que los ordenadores cuánticos tengan una velocidad de procesamiento enorme y de alta eficiencia.
El entrelazamiento cuántico, por otro lado, es un poco más difícil de comprender, pero aporta un cierto grado de misterio al panorama. Así, dos qubits entrelazados, es decir, conectados, van a estar siempre vinculados entre ellos de manera inseparable, de modo que el estado de uno de ellos se va a relacionar instantáneamente con el del otro, incluso si se encuentran separados a distancias astronómicas. Es decir, es como si los qubits que se encuentran entrelazados compartieran una especie de lenguaje común que les permite comunicarse más allá de las limitaciones clásicas: un qubit tendrá una información, pero también podrá agregarla en aquel qubit con el que está interrelacionado, independientemente de la distancia y las condiciones que haya entre ellos.
De superconductores a topología exótica
Como es natural, esas dos propiedades de los qubits cambian por completo el panorama clásico de la computación. Ahora bien, su implementación suele involucrar la selección y manipulación de los sistemas físicos, para que puedan actuar como portadores cuánticos estables y manipulables.
Entre las tecnologías que buscan esa implementación se encuentra, por ejemplo, la de los superconductores, que aprovechan la capacidad de algunos materiales para producir corriente eléctrica sin presentar ninguna resistencia. Ese tipo de qubits está formado por circuitos superconductores que pueden mantener una corriente circulante, representando de esa forma el estado cuántico y es, justamente, la capacidad para controlar esas corrientes la que permite realizar operaciones cuánticas de manera efectiva.
Por otro lado, está también en alza la tecnología de los qubits de iones atrapados. En esos sistemas, los qubits se representan mediante estados cuánticos específicos en los que los iones están confinados a campos magnéticos. Así, al manipularlos es posible realizar operaciones cuánticas que, con qubits tradicionales, no sería posible.
Finalmente, la implementación en topología exótica destaca dentro de las tecnologías actuales. Aquí, los qubits se basan en materiales que presentan características topológicas únicas, como superconductores o aisladores. La ventaja de usar qubits radica en la resistencia ante ciertos errores cuánticos, ya que los qubits pueden tolerar pequeñas perturbaciones sin llegar a comprometer la información que se está manejando.
Cabe resaltar que cada una de estas implementaciones está en constante evolución, impulsada por la búsqueda de la estabilidad cuántica, la mitigación de errores y la capacidad de mejorar los sistemas hacia la construcción de computadoras cuánticas mucho más robustas.
