¿Qué es y cómo funciona la computación cuántica?

Si jugamos al billar, las leyes que utilizamos para describir y predecir lo que ocurre sobre la mesa, son las leyes de la mecánica clásica, las leyes de Newton.

Sin embargo, si pudiéramos construir una mesa del tamaño de una molécula y las bolas fueran electrones, las reglas del juego serían diferentes, muy diferentes.

Sigamos con la analogía del billar. En el mundo clásico, al golpear con nuestro taco la bola blanca, esta sigue una trayectoria que impacta con otra bola que, con suerte y habilidad, termina embocada. La bola, en el mundo cuántico, no sigue una trayectoria concreta, sino todas las trayectorias posibles. Y si pudiéramos elegir la mejor de todas ellas, entonces podríamos ganar a cualquier adversario.

Juan Luis Sánchez Toural, director del Máster Universitario en Computación Cuántica de la Universidad Internacional de La Rioja explica: “Ese es el potencial de la computación cuántica frente a la computación clásica. La computación cuántica es un nuevo paradigma de computación que aprovecha las leyes de la mecánica cuántica, la leyes que gobiernan la naturaleza a la escala de los átomos, para almacenar, procesar y transmitir información”.

La computación cuántica nos permite computar en superposición, como en el caso del billar, y poder trabajar con múltiples estados simultáneamente. Si pudiéramos hacer una “foto” a un procesador clásico veríamos que este se encuentra en un estado concreto, sin embargo, un procesador cuántico se podría encontrar en una superposición de todos los estados posibles. Y esto ofrece una capacidad extraordinaria para resolver problemas.

Sánchez afirma que “la computación cuántica es el resultado de la combinación de dos de las teorías más transformadoras y disruptivas del siglo XX: la Teoría de la Información y la Teoría Cuántica”. En los años 80, con ambas teorías ya perfectamente consolidadas, Richard Feynman observó que cuando intentaba utilizar computadores para simular el comportamiento de sistemas cuánticos, como una molécula, estos resultaban muy ineficientes.

Al tratarse de un problema exponencial, a medida de que el número de elementos del problema aumenta (por ejemplo el número de átomos de la molécula), el tiempo y recursos (como la memoria del ordenador), necesarios para realizar el cómputo, crece exponencialmente, resultando intratable.

Fue ante este desafío que Feynman propuso utilizar otro sistema cuántico, equivalente al que se desea estudiar, pero controlable, para resolver el problema de la simulación, es decir, propuso un computador cuántico. Este es el origen de la computación cuántica. Según Sánchez “​​las computadoras cuánticas están todavía en su infancia, pues el desafío tecnológico es enorme. Su potencial todavía no ha sido liberado, y no podemos decir que hayan resuelto algunos de los grandes problemas a los que nos enfrentamos, como el cambio climático, las pandemias o la gestión de la energía”.

Sin embargo, a pequeña escala, se ha demostrado que los algoritmos cuánticos pueden resolver ciertos tipos de problemas de forma más eficientes que cualquier algoritmo clásico. Esto nos permitiría avances en el campo de la optimización, el aprendizaje automático o la simulación de la naturaleza, que, traducido a casos de uso, podrían suponer avances en los procesos de logística, la cadena de suministro, nuevos materiales o mejores fármacos.

Si bien la computación cuántica a día de hoy es un área incipiente, su potencial transformador es incuestionable y será, probablemente, la tecnología más importante del siglo XXI. Es por ello que la demanda de profesionales en este campo no deja de aumentar y en esa dirección, iniciativas como el Máster en Computación Cuántica de UNIR, pretende preparar a esa nueva generación de profesionales que está demandando el mercado.