En esta segunda entrega sobre las Tecnologías Cuánticas, les hablaré acerca de otra de las aplicaciones del “enigmático” y “extraño” fenómeno llamado entrelazamiento cuántico, me refiero a la ya iniciada tecnología de la computación cuántica. ¡Gigantes tecnológicos como Google e IBM poseen computadoras cuánticas desde algunos años!
Representación artística de la computación cuántica
En el post anterior, mencioné que los fenómenos cuánticos, como el entrelazamiento cuántico, revolucionarán las tecnologías de procesamiento y transmisión de la información, siendo el área del procesamiento de la información la que podría experimentar el más vertiginoso cambio, a través del desarrollo de las computadoras cuánticas.
Las primeras ideas sobre la posibilidad de llevar a cabo cálculos usando los principios de la Física Cuántica, fueron expuestas en forma independiente por los físicos Paul Benioff y Richard Feynman en 1.981, y por el físico israelí David Deutsch en 1.985. [1]
LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA Y EL CÚBIT
La computación cuántica es una nueva forma de procesamiento de la información basada en dos propiedades singulares de los sistemas cuánticos: la superposición de estados y el entrelazamiento cuántico, esta última tratada en el post anterior de la serie.
La unidad básica de procesamiento de las computadoras cuánticas es el llamado bit cuántico: qubit o qbit (por quantum bit) o cúbit (del español bit cuántico). A diferencia del bit, la unidad básica de información de las computadoras convencionales, que sólo puede tomar los valores 0 o 1, el qubit o bit cuántico puede “tomar” o “estar” en los valores o estados 0 o 1, y además puede estar en cualquier superposición de esos estados. Así, puede decirse, que el bit es un caso especial de un qubit, el cual sólo puede estar en los estados mencionados.
Un qubit, y su estado correspondiente, pueden representarse gráficamente como un vector cuyo extremo es un punto de la llamada Esfera de Bloch (en honor físico suizo Félix Bloch).
Estados de un qubit en una esfera de Bloch
VENTAJAS DE UN COMPUTADOR CUÁNTICO
La principal ventaja de las computadoras cuánticas sobre las convencionales, es la drástica reducción del tiempo de cálculo, debido a que la capacidad de procesamiento de información mediante los qubit se incrementa exponencialmente. Los llamados “problemas duros” para la computación clásica, como el de la factorización de un número usado como clave para proteger una cuenta bancaria, pueden ser resueltos de forma casi instantánea por un procesador cuántico.
Encriptamiento cuántico
Así por ejemplo, la factorización de una clave numérica de 232 dígitos, fue llevada a cabo recientemente por un computadora clásica en un lapso de dos años; para la factorización de un número de 300 dígitos el tiempo empleado por la más rápida de las computadoras actuales sería de un millón de años. [2]
NOVEDADES SOBRE LOS COMPUTADORES CUÁNTICOS
Es importante destacar que, los computadores cuánticos, no poseen ningún tipo de hardware parecido al de las computadoras convencionales. La unidad central de procesamiento o CPU cuántico debe encontrarse en “condiciones de aislamiento absoluto”, puesto que los estados cuánticos de los átomos son altamente sensibles ante la presencia de campos electromagnéticos, e incluso a pequeños cambios en la temperatura. [3]
Hasta la fecha, sólo se han construido computadoras cuánticas de unos pocos qubits. En el 2.010, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnologías de USA (NIST, por sus siglas en inglés) construyó una computadora cuántica programable de dos qubits, basada en redes ópticas, existiendo también otros desarrollos con más qubits para programas específicos. [2]
Computadora cuántica desarrollada por el NIST en el 2.010
En mayo del 2.016 IBM, anunció el diseño de un procesador cuántico de 5 qubits que funciona a disposición del público en internet, y que se encuentra en su Centro de Investigación T.J. Watson en Nueva York. A través del siguiente enlace podrás visitar el laboratorio de investigación donde se encuentra tal procesador cuántico. [2]
Computadora cuántica de 5 qubits desarrollada por IBM en el 2.016
En mayo del presente año, IBM anunció otro avance en el campo de la computación cuántica con la construcción de dos procesadores cuánticos. El primero tiene 16 qubits y es para uso público de investigadores, programadores y desarrolladores, a través de la nube IBM y sin costo alguno. El segundo de 17 qubits, es el primer prototipo de un procesador cuántico comercial, que presenta innovaciones en los dispositivos y materiales empleados, siendo dos veces más potente que el de uso público. El cilindro que aparece en la foto es el crióstato (cámara de temperaturas bajas) que contiene el procesador cuántico en su interior. [2]
Computadora cuántica de 17 qubits desarrollada por IBM en el 2.017
Casi dos meses más tarde, en julio del 2.017, un grupo de investigadores estadounidenses y rusos de la Universidad de Harvard, anunciaron la operatividad de la computadora cuántica más potente del mundo, en el marco de la IV Conferencia Internacional de Tecnologías Cuánticas ICQT 2017, en Moscú. El físico cofundador del Centro Ruso de Física Cuántica e investigador de Harvard, Mikhail Lukin, informó que se desarrolló un procesador de 51 qubits, que supera ampliamente el de 17 qubits de IBM, e incluso, el de 49 qubits que se está construyendo actualmente en el Laboratorio Cuántico de Google, y que hasta la fecha, no ha sido terminado. [4]
Para acceder al primer post de la serie, les dejo el siguiente enlace.
Los espero en la próxima entrega. ¡Gracias por la visita!