Definicion de Computación cuántica: definición, cómo se usa y ejemplo
La computación cuántica es un campo de la informática que utiliza principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos a una velocidad mucho mayor que la computación clásica. Se basa en la manipulación de qubits en lugar de bits, lo que permite realizar operaciones simultáneas y paralelas. Un ejemplo de su uso es el algoritmo de Shor para factorizar grandes números en tiempo récord.
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es un campo de la informática que utiliza los principios de la teoría cuántica. La teoría cuántica explica el comportamiento de la energía y la materia a nivel atómico y subatómico.
La computación cuántica utiliza partículas subatómicas como electrones o fotones. Los bits cuánticos, o qubits, permiten que estas partículas existan en más de un estado (es decir, 1 y 0) al mismo tiempo.
En teoría, los qubits acoplados podrían “aprovechar la interferencia entre sus estados cuánticos ondulatorios para realizar cálculos que de otro modo tomarían millones de años”.
Las computadoras clásicas de hoy utilizan una corriente de impulsos eléctricos (1 y 0) en forma binaria para codificar información en bits. Esto limita sus capacidades informáticas en comparación con la computación cuántica.
Resultados clave
- La computación cuántica utiliza los fenómenos de la física cuántica para crear nuevas formas de computación.
- La computación cuántica implica qubits.
- A diferencia de un bit de computadora normal, que puede tener un valor de 0 o 1, un qubit puede existir en un estado multidimensional.
- El poder de las computadoras cuánticas crece exponencialmente con el número de qubits.
- Las computadoras clásicas que agregan más bits solo pueden aumentar la potencia de manera lineal.
Comprender la computación cuántica
El campo de la computación cuántica surgió en los años 1980. Se ha descubierto que algunos problemas informáticos se pueden resolver de forma más eficiente utilizando algoritmos cuánticos que sus homólogos clásicos.
La computación cuántica es capaz de analizar una gran cantidad de posibilidades y encontrar posibles soluciones a problemas y desafíos complejos. Mientras que las computadoras clásicas almacenan información en forma de bits que contienen ceros y unos, las computadoras cuánticas usan qubits. Los qubits transportan información en un estado cuántico que interactúa multidimensionalmente con ceros y unos.
Este enorme potencial informático y el tamaño de mercado proyectado para su uso han atraído la atención de algunas de las empresas más destacadas. Entre ellos se incluyen IBM, Microsoft, Google, D-Waves Systems, Alibaba, Nokia, Intel, Airbus, HP, Toshiba, Mitsubishi, SK Telecom, NEC, Raytheon, Lockheed Martin, Rigetti, Biogen, Volkswagen y Amgen.
Usos y beneficios de la computación cuántica
La computación cuántica puede hacer contribuciones significativas a los campos de la seguridad, las finanzas, el ejército y la inteligencia, el desarrollo y descubrimiento de fármacos, la ingeniería aeroespacial, los servicios públicos (fusión nuclear), el diseño de polímeros, el aprendizaje automático, la inteligencia artificial (IA), el descubrimiento de big data y las tecnologías digitales. . producción.
Las computadoras cuánticas podrían usarse para mejorar el intercambio seguro de información. O mejorar los radares y su capacidad para detectar misiles y aviones. Otra área en la que se espera que ayude la computación cuántica es el medio ambiente y el mantenimiento del agua limpia mediante sensores químicos.
A continuación se muestran algunos beneficios potenciales de la computación cuántica:
- Las instituciones financieras pueden utilizar la computación cuántica para desarrollar carteras de inversión más eficientes y efectivas para clientes minoristas e institucionales. Podrían centrarse en crear mejores simuladores comerciales y mejorar la detección de fraude.
- La industria de la salud podría utilizar la computación cuántica para desarrollar nuevos medicamentos y atención médica genéticamente dirigida. También podría facilitar una investigación más avanzada del ADN.
- Para mejorar la seguridad en Internet, la computación cuántica podría ayudar a mejorar el cifrado de datos y la forma en que se pueden utilizar las señales luminosas para detectar intrusos en un sistema.
- La computación cuántica se puede utilizar para desarrollar sistemas de planificación de movimiento y aeronaves más eficientes y seguros.
40%
Porcentaje de grandes empresas que planean implementar iniciativas de computación cuántica para 2025, según una investigación de Gartner.
Características de la computación cuántica
La superposición y el entrelazamiento son dos características de la física cuántica en las que se basa la computación cuántica. Permiten que las computadoras cuánticas realicen operaciones a velocidades exponencialmente más rápidas que las computadoras convencionales y con mucho menos consumo de energía.
Superposición
Según IBM, lo destacable es lo que puede hacer un qubit, no lo que es. Un qubit transforma la información cuántica que contiene en un estado de superposición. Esto significa una combinación de todas las configuraciones posibles de qubits. “Los grupos de qubits en superposición pueden crear espacios computacionales complejos y de alta dimensión. En estos espacios, las cuestiones complejas se pueden presentar de nuevas maneras”.
Enredo
El entrelazamiento es una parte integral del poder de la computación cuántica. Se pueden entrelazar pares de qubits. Esto significa que los dos qubits existen en el mismo estado. En este estado, cambiar un qubit afecta directamente a otro de forma predecible.
Los algoritmos cuánticos están diseñados para explotar esta relación para resolver problemas complejos. Mientras que duplicar el número de bits en una computadora clásica duplica su potencia de procesamiento, agregar qubits da como resultado un aumento exponencial en la potencia y las capacidades de procesamiento.
Decoherencia
La decoherencia ocurre cuando el comportamiento cuántico de los qubits se deteriora. El estado cuántico puede verse alterado instantáneamente por vibraciones o cambios de temperatura. Esto puede provocar que los qubits dejen superposiciones y errores en los cálculos. Es importante que los qubits estén protegidos de dichas interferencias, por ejemplo mediante refrigeradores superenfriados, aislamiento y cámaras de vacío.
Limitaciones de la computación cuántica
La computación cuántica ofrece un enorme potencial para el avance y la resolución de problemas en muchas industrias. Sin embargo, actualmente tiene sus limitaciones.
- La decoherencia o decadencia puede ser causada por la más mínima alteración del entorno del qubit. Esto conduce a fallos de cálculo o errores en los mismos. Como se señaló anteriormente, una computadora cuántica debe estar protegida de toda interferencia externa durante la fase de cálculo.
- La corrección de errores en la etapa de cálculo no es perfecta. Esto hace que los cálculos sean potencialmente poco fiables. Como los qubits no son bits de datos digitales, no pueden beneficiarse de las soluciones tradicionales de corrección de errores utilizadas por las computadoras clásicas.
- La recepción de resultados de cálculos puede provocar daños en los datos. Avances como un algoritmo especial de búsqueda en bases de datos que garantiza que el acto de medición decoherirá un estado cuántico en la respuesta correcta son prometedores.
- La seguridad y la criptografía cuántica aún no están completamente desarrolladas.
- La falta de qubits impide que las computadoras cuánticas desarrollen su potencial para un uso eficaz. Los investigadores aún tienen que producir más de 128.
Según Iberdola, líder mundial en energía, “los ordenadores cuánticos deben tener casi ninguna presión atmosférica, una temperatura ambiente cercana al cero absoluto (-273°C) y aislamiento del campo magnético de la Tierra para que los átomos no puedan moverse ni chocar entre sí”. con un amigo o interacción con el medio ambiente”.
«Además, estos sistemas sólo funcionan durante períodos de tiempo muy cortos, por lo que la información se corrompe y no se puede almacenar, lo que dificulta aún más la recuperación de datos».
Computadora cuántica vs computadora clásica
Las computadoras cuánticas tienen una estructura más simple que las computadoras clásicas. No tienen memoria ni procesador. Todo lo que utiliza una computadora cuántica es una colección de qubits superconductores.
Las computadoras cuánticas y clásicas procesan la información de manera diferente. Una computadora cuántica utiliza qubits para ejecutar algoritmos cuánticos multidimensionales. Su potencia informática aumenta exponencialmente a medida que se añaden qubits. Un procesador clásico utiliza bits para controlar varios programas. Su potencia aumenta linealmente a medida que se añaden más bits. Las computadoras clásicas tienen mucha menos potencia de procesamiento.
Las computadoras clásicas son las mejores para las tareas cotidianas y tienen bajas tasas de error. Las computadoras cuánticas son ideales para tareas de nivel superior, como modelado, análisis de datos (por ejemplo, pruebas de productos químicos o medicamentos) y creación de baterías energéticamente eficientes. También pueden tener una alta tasa de error.
Las computadoras clásicas no requieren cuidados especiales. Pueden utilizar un ventilador interno básico para evitar el sobrecalentamiento. Los procesadores cuánticos deben protegerse de las más mínimas vibraciones y almacenarse a temperaturas extremadamente bajas. Es necesario utilizar para esto líquidos superfluidos superenfriados.
Las computadoras cuánticas son más caras y más difíciles de construir que las clásicas.
En 2019, Google demostró que una computadora cuántica podría resolver un problema en minutos, mientras que una computadora clásica tardaría 10.000 años.
Computadoras cuánticas en desarrollo
Google está gastando miles de millones de dólares para construir su computadora cuántica para 2029. La empresa abrió un campus en California llamado Google AI para ayudarle a lograr este objetivo. Una vez desarrollado, Google podrá lanzar un servicio de computación cuántica a través de la nube.
IBM
IBM planea crear una computadora cuántica de 1.000 qubits para 2023. Actualmente, IBM proporciona acceso a sus máquinas a aquellas organizaciones de investigación, universidades y laboratorios que forman parte de su Quantum Network.
microsoft
Microsoft ofrece a las empresas acceso a tecnologías cuánticas a través de la plataforma Azure Quantum.
Otro
Empresas de servicios financieros como JPMorgan Chase y Visa están mostrando interés en la computación cuántica y sus tecnologías.
¿Qué es la computación cuántica en palabras simples?
La computación cuántica se refiere a los cálculos realizados por una computadora cuántica. En comparación con los cálculos tradicionales realizados por una computadora clásica, una computadora cuántica debería poder almacenar mucha más información y ejecutar algoritmos más eficientes. Esto da como resultado soluciones más rápidas a problemas extremadamente complejos.
¿Qué tan difícil es crear una computadora cuántica?
Construir una computadora cuántica lleva mucho tiempo y es muy costoso. Google lleva años trabajando en un ordenador cuántico y ha gastado miles de millones de dólares. Se espera que la computadora cuántica esté lista para 2029. IBM espera crear una computadora cuántica de 1.000 qubits para 2023.
¿Cuánto cuesta una computadora cuántica?
Construir una computadora cuántica costó miles de millones de dólares. Sin embargo, la empresa china Shenzhen SpinQ Technology planea vender una computadora cuántica de escritorio de 5.000 dólares a consumidores para escuelas y universidades. El año pasado, la empresa comenzó a vender una computadora cuántica por 50.000 dólares.
¿Qué tan rápida es una computadora cuántica?
Una computadora cuántica es muchas veces más rápida que una computadora o supercomputadora clásica. Se dice que el ordenador cuántico en desarrollo de Google, Sycamore, completó el cálculo en 200 segundos, mientras que uno de los ordenadores más rápidos del mundo, IBM Summit, habría tardado 10.000 años en resolver el problema. IBM cuestionó la afirmación de Google, diciendo que su supercomputadora podría completar el cálculo en 2,5 días. A pesar de ello, es 1.000 veces más lenta que la máquina cuántica de Google.
Línea de fondo
La computación cuántica es muy diferente de la computación clásica. Utiliza qubits que pueden ser 1 o 0 al mismo tiempo. Las computadoras clásicas usan bits que sólo pueden ser 1 o 0.
Como resultado, la computación cuántica se ha vuelto mucho más rápida y poderosa. Se espera que se utilice para resolver una variedad de problemas extremadamente complejos e importantes.
Aunque tiene sus limitaciones por el momento, muchas empresas influyentes en muchas industrias están dispuestas a utilizarlo.
Preguntas Frecuentes
1. ¿Qué es un qubit y cómo se compara con un bit de computadora normal?
Un qubit es similar a un bit de computadora normal en el sentido de que es la unidad básica de información en la computación cuántica. Sin embargo, a diferencia de un bit de computadora normal, que puede tener un valor de 0 o 1, un qubit puede existir en un estado multidimensional que le permite contener más información al mismo tiempo.
2. ¿Cómo se comparan las computadoras cuánticas y las computadoras clásicas en términos de potencia de procesamiento y tareas que pueden realizar?
Las computadoras cuánticas y clásicas procesan información de manera diferente. Mientras que las computadoras clásicas tienen mucha menos potencia de procesamiento y son más adecuadas para tareas cotidianas con bajas tasas de error, las computadoras cuánticas utilizan qubits para ejecutar algoritmos cuánticos multidimensionales, lo que les permite manejar tareas de nivel superior, como modelado, análisis de datos y creación de baterías energéticamente eficientes, pero con una alta tasa de error.
3. ¿Cuáles son algunas de las limitaciones actuales de la computación cuántica?
Algunas de las limitaciones actuales de la computación cuántica incluyen la decoherencia, la corrección de errores en la etapa de cálculo, la criptografía cuántica incompleta y la falta de qubits, lo que impide que las computadoras cuánticas desarrollen su potencial para un uso efectivo. También requieren condiciones especiales, como temperaturas extremadamente bajas y aislamiento del entorno para evitar interferencias externas.
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