Introducción a las computadoras cuánticas

El otoño pasado, Google anunció que había logrado la supremacía cuántica. Si eso suena un poco abstracto y no resulta relevante para el usuario promedio, vuelve a pensarlo. Lo que el equipo de Google hizo, básicamente, fue usar una computadora cuántica  para resolver un problema que le habría dado problemas incluso la computadora más inteligente. Impresionante, ¿verdad?

Además, el estado de la computación cuántica tiene una relación directa con la seguridad de tus datos. Después de todo, muchos métodos de ciberseguridad en el mundo digital no se basan en ser indescifrables, sino en ser indescifrables en un tiempo razonable.  Vamos a echar un vistazo al nuevo juguete de Google y a considerar si algún día debiéramos preocuparnos de que los cibercriminales usen la computación cuántica contra nosotros.

¿Qué es una computadora cuántica?

La principal diferencia entre las computadoras cuánticas y el transistor tradicional que todos usamos hoy en día reside en cómo manejan los datos. Los dispositivos con los que estamos familiarizados, desde smartphones y laptops hasta la supercomputadora de ajedrez Deep Blue, almacenan todos en bits, que es el nombre que recibe la unidad más pequeña de información. Un bit puede representar uno o dos valores: 0 o 1.

Piensa por ejemplo en la bombilla: está encendida (1) o apagada (0). Un archivo en un disco de computadora parece un conjunto de bombillas, algunas encendidas y otras apagadas. Armado con muchas de estas bombillas, puede codificar información, como la frase “Alberto ha estado aquí” o una imagen de la Mona Lisa.

Cuando un dispositivo de dos estados resuelve un problema, tiene que encender y apagar esas bombillas continuamente, escribiendo y borrando los resultados de los cálculos intermedios para evitar que saturen su memoria. Eso lleva tiempo, por lo que, si la tarea es muy compleja, la computadora pensará durante mucho, mucho tiempo.

Las computadoras cuánticas, a diferencia de sus primos mayores, almacenan y procesan datos usando bits cuánticos, o cúbit para abreviar. Estos no solo pueden activarse y desactivarse, sino que también pueden encontrarse en un estado de transición o incluso estar activados y desactivados al mismo tiempo. Continuando con la analogía de la bombilla, un cúbit es como una lámpara que has apagado pero que sigue parpadeando. O como el gato de Schrödinger, que se considera al mismo tiempo vivo y muerto.

Las bombillas de una computadora cuántica que se encienden y apagan ahorran una gran cantidad de tiempo. Por lo tanto, una computadora cuántica puede resolver problemas complejos mucho más rápido que incluso el dispositivo tradicional más poderoso. Google afirma que su máquina cuántica, Sycamore, realizó cálculos en poco más de 3 minutos, lo que habría llevado a una supercomputadora corriente 10,000 años. Ahí es donde entra el término “supremacía cuántica“.

Computadoras cuánticas en la vida real

Hemos establecido que las computadoras cuánticas son bastante precisas cuando se trata de resolver problemas altamente complejos. Entonces, ¿por qué la era del transistor tradicional no ha quedado relegada ya a los libros de historia? Esto se debe a que la tecnología cuántica aún es joven, y el estado de la “bombilla intermitente” es muy inestable, por no hablar de que cuantos más cúbits contiene un sistema, más difícil es mantener la estabilidad. Y la viabilidad de cálculos complejos depende, entre otras cosas, de la cantidad de cúbits: con dos bombillas, incluso las de gama alta, no dibujarás a la Mona Lisa.

Hay otras razones que impiden que las computadoras cuánticas suplanten totalmente a sus predecesores. Ten en cuenta que procesan la información de una manera totalmente diferente. Eso significa que su software debe desarrollarse desde cero. No puedes instalar Windows en una computadora cuántica; necesitarías un sistema operativo cuántico completamente nuevo con aplicaciones cuánticas.

Aunque los científicos y los gigantes del universo TI comienzan a introducirse ligeramente en aguas cuánticas, por el momento los computadoras cuánticas funcionan aproximadamente como discos duros externos, conectados y controlados por computadoras normales. Se utilizan para resolver una gama limitada de problemas, como modelar un átomo de hidrógeno o buscar bases de datos. A pesar del poder de la computación cuántica, aún no puedes usarla para conectarte y ver un video de gatos en patineta.

Sin embargo, muchos creen que el futuro pertenece a la computación cuántica. Las primeras computadoras cuánticas aparecieron en el mercado en 1999. Hoy, grandes organizaciones como Google, Honeywell e IBM (esta última ya ofrece a sus clientes acceso en la nube a su computadora cuántico), Toshiba, Alibaba y Baidu están invirtiendo fuerte en la computación cuántica.

No obstante, vale la pena señalar que la tarea que Google resolvió no tiene un uso práctico, simplemente demuestra las capacidades de la computación cuántica. No vamos a centrarnos en el meollo del asunto, ya que es realmente complejo y no muy necesario para el usuario cotidiano. Pero si prefieres profundizar en los detalles, echa un vistazo al informe de Google.

Por cierto, no todos están de acuerdo con los 10,000 años de los que habla Google. IBM, por ejemplo, está seguro de que una supercomputadora podría resolver esta misma tarea no en 3 minutos, pero sí en no más de 48 horas. Aun así, aunque esta estimación sea más precisa, incluso los no matemáticos detectarían una notable diferencia de velocidad entre las computadoras cuánticas y las tradicionales.

Las computadoras cuánticas no son (todavía) una amenaza

Como has podido comprobar, las computadoras cuánticas siguen siendo un juguete de los científicos y no un dispositivo de consumo o una herramienta para los cibercriminales. Pero eso, por supuesto, no significa que no serán más prácticos (y peligrosos) en el futuro. Dicho esto, los expertos en la seguridad de los datos ya están elaborando planes de batalla. Ya te contaremos más sobre la seguridad de la computación cuántica en los próximos artículos.