La próxima revolución de la computadora cuántica

Imagine una computadora que funciona casi tan rápido como lo hace el cuerpo humano y almacena todos sus datos, como los humanos, en cadenas de ADN. Esto no es ciencia ficción, es un hecho científico, ya que los científicos demostraron recientemente cómo guardar datos en el ADN. Solo en los últimos dos años, los chips de procesamiento de computadora cuántica hicieron grandes avances en el mundo tecnológico con procesadores más grandes y mejores construidos y en uso experimental.

La mecánica cuántica proporciona las leyes subyacentes y la base para construir computadoras cuánticas. Este es el campo de la ciencia que describe cómo se comportan e interactúan las partículas subatómicas, e incluye leyes, teorías y principios de la física cuántica que describen cómo ocurren estas interacciones alucinantes en el campo de la informática.

Estas teorías y leyes incluyen la cuantificación de energía, paquetes de energía definidos como cuánticos; la existencia simultánea de partículas como onda y partículas conocida como dualidad onda-partícula; El principio de incertidumbre de Heisenberg, que dice que la medición colapsa la partícula subatómica en uno de sus dos estados potenciales; y el principio de correspondencia, desarrollado por el físico Niels Bohr, quien postuló que cualquier nueva teoría debe aplicarse también a Los fenómenos convencionales en la física antigua también, no solo describen el comportamiento de partículas y ondas a un nivel atómico en nuevos teorías.

En la informática estándar, las computadoras funcionan procesando bits de información digitalmente en uno de dos valores: cero y uno, que representan un estado encendido o apagado. Si bien la velocidad de las computadoras ha aumentado exponencialmente desde los primeros días de las computadoras personales a finales de los 80 y principios de los 90, estos e incluso Las supercomputadoras utilizadas por el ejército, los laboratorios de investigación y las universidades aún tienen límites en cuanto a la rapidez con la que completan las matemáticas complejas. ecuaciones. Algunas ecuaciones tardan años en funcionar incluso en supercomputadoras debido a la longitud de algunas de las ecuaciones matemáticas.

No es así con una computadora cuántica, construida sobre la idea de los bits cuánticos, conocidos como qubits, ya que estos datos pueden existir en múltiples estados 0 y 1 al mismo tiempo. Cuantos más qubits haya en una computadora cuántica, más estados potenciales permite, y pueden ocurrir cálculos de datos más rápidos. Debido al entrelazamiento cuántico, lo que Einstein llamó "acción espeluznante a distancia", los qubits pueden operar con grandes distancias entre ellos sin la necesidad de cables. Y debido a esto, lo que le sucede a una partícula, le sucede a la otra simultáneamente.

Las computadoras cuánticas funcionan tan rápido que pueden romper la mayoría de los métodos de cifrado que se utilizan en la actualidad, incluidas las transacciones bancarias y otros métodos de ciberseguridad. En manos de personas con malas intenciones, una computadora cuántica causaría mucho daño y podría poner al mundo de rodillas tecnológico.

Pero en manos de personas con las intenciones correctas, las computadoras cuánticas impulsarán las capacidades de inteligencia artificial como nunca antes se había visto. Por ejemplo, podría cargar la tabla periódica y las leyes de la mecánica cuántica en la computadora para diseñar células solares más eficientes. Las computadoras cuánticas pueden conducir a procesos de fabricación optimizados y optimizados, mejorar las baterías de los automóviles eléctricos, calcular algoritmos más rápidamente para disolverlos atascos de tráfico en las carreteras, descubra los mejores métodos de envío y rutas de viaje, y básicamente procese datos a velocidades masivas sin precedentes incluso en los más rápidos supercomputadoras.

Las computadoras cuánticas no solo ofrecen un tipo de tecnología más avanzada; son la base de una forma completamente nueva de computación basada en las leyes que sustentan la mecánica cuántica. En comparación con una computadora estándar equipada con métodos de computación clásicos, una computadora cuántica hace que una computadora normal parezca un triciclo en comparación con un auto de carreras súper rápido.

Los desarrollos en los procesadores de qubit a lo largo de los años incluyen:

• 1998 La Universidad de Oxford en el Reino Unido reveló su procesador de 2 qubit.
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford University y MIT desarrollan un procesador de 2 qubit.
• 2000 La Universidad Técnica de Munich, Alemania, creó un procesador de 5 qubit.
• 2000 El Laboratorio Nacional de Los Alamos en los EE. UU. Presentó un procesador de 7 qubit.
• 2006 El Instituto de Computación Cuántica, el Instituto Perimetral de Física Teórica y el MIT crean un procesador de 12 qubit.
• 2017 IBM comparte las novedades de su procesador de 17 qubits.
• 2017 IBM presenta su procesador de 50 qubit.
• 2018 Google comparte novedades de su procesador de 72 qubit.

Si bien las computadoras cuánticas funcionan rápido, en este momento no tienen forma de almacenar datos porque según las reglas existentes de la mecánica cuántica, no se puede hacer un duplicado, una copia o guardar datos en el sistema cuántico. Los ingenieros y científicos están investigando múltiples formas de almacenar datos cuánticos; algunos incluso están considerando almacenar datos sobre cadenas de ADN.

Los científicos desarrollaron un método en 2017 que almacena alrededor de 215 millones de gigabytes de información en un solo gramo de ADN. Los discos duros convencionales almacenan datos en dos dimensiones, mientras que el ADN ofrece tres dimensiones y un mayor almacenamiento de datos. Si una forma de usar el ADN resultara viable, básicamente todo el conocimiento del mundo almacenado en el ADN llenaría una sola habitación o la parte trasera de dos camionetas estándar.

Los investigadores y los grandes actores de todo el mundo están luchando para construir el próximo procesador más grande. IBM ha puesto la computación cuántica en su nube, poniéndola a disposición de casi cualquier persona que se registre para participar en sus experimentos.

Microsoft está en el proceso de integrar la computación cuántica en su plataforma Visual Studio, pero aparte de anunciar en septiembre de 2017 sus planes para basar sus planes en el Partícula de fermiones de Majorana - una partícula que existe como su propia antipartícula y que fue descubierta en 2012 - Microsoft permanece relativamente en silencio sobre su computación cuántica planes.

Google tiene planes de dominar el campo de la computadora cuántica y espera lograr la "supremacía cuántica" mediante la construcción de un chip que pueda superar a las supercomputadoras actuales con sus cálculos cuánticos.

Independientemente de los avances realizados en la computación cuántica, las computadoras cuánticas no llegarán a las manos del público en el corto plazo. Las computadoras cuánticas en funcionamiento llegarán primero a los laboratorios, los think tanks y los centros de investigación para ayudar a resolver ecuaciones que las supercomputadoras tardarían años en resolver.

Aunque muchos investigadores predicen la comercialización de computadoras cuánticas dentro de los próximos cuatro a cinco años, pueden pasar algunos años después de eso y más antes de que las computadoras cuánticas se conviertan en la norma para el público.