Ser y no ser a la vez, esa es la cuestión: ¿De qué se trata la computación cuántica?

Últimamente la computación cuántica está dando mucho de qué hablar: Google, IBM, EEUU y China están compitiendo e invirtiendo para desarrollar máquinas capaces de manejar la información con qubits, esos bits “que pueden valer 0 y 1 al mismo tiempo”. Esta es la descripción cliché en cualquier nota periodística referida al tema, pero tal vez no alcance para describir el verdadero motivo del interés en esta tecnología.

Para entender esto de que el qubit “puede valer 0 y 1 al mismo tiempo”, primero hay que recordar que un bit es una unidad teórica de información que tiene uno de dos estados: “1 ó 0” o bien “arriba o abajo”. En cambio, un qubit toma uno de infinitos estados, que se los puede representar como puntos en la superficie de una esfera, con dos estados base: el polo norte para el 1 (arriba) y el polo sur para el 0 (abajo). De esta manera el qubit generaliza la idea de bit. Los estados intermedios se interpretan como una simultaneidad de los estados base, funcionando como un gato de Schrödinger que, según el punto de la esfera en que se esté, dirá cuánto de vivo o de muerto estará el felino.

Esta generalización nos presenta una situación favorable y otra no tanto. La buena es que esta simultaneidad de estados nos permite tener una potencia de cálculo muy superior a la clásica, ya que cada qubit tiene la potencia de dos bits. De esta manera, el crecimiento resulta exponencial: un sistema de 3 qubits es tan potente como uno de 8 bits y un sistema de diez qubits, supera a uno de más de mil bits. La mala es que, según las reglas de la cuántica, cuando querramos ver el estado del qubit para obtener información, éste colapsará inevitablemente a uno de los estados base, viendo un “1” o un “0”. El colapso a alguno de los dos valores sin duda está ligado al estado intermedio en el que se encontraba antes de verlo, pero nunca sabremos con precisión cuál era ese estado.

Ahora bien, ¿cómo utilizamos los qubits en una computadora? Volviendo a la computación clásica, un conjunto de bits representan datos, desde un Aceptar/Cancelar, hasta un video en YouTube, o inclusive todo YouTube. Los programas son los encargados de tomar estos datos, modificarlos y, a partir de ellos, ofrecernos nuevos: “si me das un click en el ícono de play, yo te doy imágenes y sonidos concatenados específicamente y por un tiempo bien determinado”. Lo mismo sucedería con los qubits, pues como los estados bases son iguales a los de los bits, los podemos usar para representar los datos de la manera clásica. Los programas tomarán estos datos e irán modificando los estados de los qubits, pero esta vez lo harán entre los infinitos estados posibles, aumentando así la potencia de cálculo. El único detalle es que al querer ver la información que el programa nos devuelve, los qubits colapsarán a nuevos estados base. Por lo que uno debe pensar los programas estratégicamente para aprovechar esta potencia de los infinitos estados y que a su vez la información que nos presente al final pueda ser interpretada más allá de los “caprichos” de la cuántica.

Al menos, así funciona la teoría. Llevarlo a la práctica es el desafío y el objetivo de científicos, empresas y naciones que planean utilizar esta tecnología para su beneficio, y así aplicarla en desarrollos de inteligencia artificial, robótica y seguridad digital, principalmente para fines financieros y militares. La principal limitación para construir una máquina con qubits tiene que ver con la decoherencia cuántica, que para nuestro caso concreto dice que cuanto mayor sea la cantidad de qubits en un sistema, más rápido colapsará naturalmente a un sistema de bits. Para ralentizar el efecto, una propuesta es trabajar con temperaturas tan bajas como la del espacio exterior, cercanas al cero absoluto. De más está decir que tener un artefacto de estas características en un escritorio está aún muy lejos de la realidad. Pero si se quiere ejecutar un algoritmo cuántico puede enviarlo a alguna de estas empresas o institutos a que lo ejecute. 

Las computadoras cuánticas actuales han podido demostrar ser capaces de ejecutar algunos de los algoritmos que sus pares clásicos a una velocidad muy superior. La teoría afirma también que eventualmente se podrán resolver en pocos días problemas que a las computadoras tradicionales les costarian siglos. Esto último es lo que se conoce como supremacía cuántica, hito que Google se jactó de lograr hace unos meses pero que no convenció a IBM. Sucede que el procesador Sycamore con el que Google trabajó utiliza 54 qubits, mientras que IBM afirma, a través de modelos de cómputo tradicionales que emulan a una computadora cuántica, que se necesitan más de 56 qubits para llegar. Más allá de la contienda, hay algunos que creen que todavía se está lejos de este objetivo, mientras que otros afirman que es imposible. Cualquiera sea el caso, el desarrollo que la computación cuántica está generando en las diferentes áreas del conocimiento es causa suficiente para impulsar su desarrollo tecnológico, como por ejemplo el algoritmo de Toshiba que promete potencia de cálculo cuántica en computadoras tradicionales, justamente inspirado en cómo se trabaja con los algoritmos de qubits.

De cualquier manera, el impacto de esta tecnología ya se siente hoy e irá creciendo a pasos agigantados ya que es, junto a la inteligencia artificial, una de las máximas apuestas tecnológicas de las superpotencias y gigantes tecnológicas. Resta saber entonces, cómo nos afectará como sociedad el uso de esta herramienta en los servicios que consumimos.