¿Qué es una computadora cuántica?
Es muy probable que hayas escuchado acerca de las computadoras cuánticas, algunos ya lo han de tener muy claro acerca de este tema, pero algunos otros han de tener un poco de duda al respecto. Hace apenas un siglo se describió la mecánica cuántica, una teoría de la física que describe el comportamiento de átomos y partículas subatómicas. Si bien, su conceptualización fue teórica, en cuestión de décadas se le han encontrado aplicaciones.
Hoy se habla de computación cuántica, información cuántica o sensores cuánticos. En este pequeño artículo aprenderás acerca de algunos conceptos básicos de la computación cuántica.
Bit y Qubit
Hoy en día todas las computadoras que tenemos en casa utilizan bits (un sistema binario de 0 y 1). En pocas palabras, una computadora convencional para realizar una operación. Un bit funciona como 0 (apagado) y 1(encendido), al momento de que presionas una tecla en tu computadora, este manda un comando en forma de 1, mandando una orden a la computadora diciendo que se ha presionado dicha tecla.
Para entender esto más sencillo, imaginemos que tenemos una moneda, en donde una cara de ellas represente el 0 y la otra cara represente el 1, al momento de que lanzas la moneda siempre caerá 0 ó 1, pero nunca será los dos al mismo tiempo, al menos que esta pueda caer parada, representando los dos al mismo tiempo. Esta es la finalidad de un Qubit, representar las “dos caras de la moneda al mismo tiempo”.
¿Para qué nos servirá una computadora cuántica?
Supongamos que vamos por la calle y tenemos que cruzar una avenida, para ello tendremos que mirar a ambos lados de la avenida, girando una y otra vez la cabeza, al momento de realizar estos movimientos, se pierde tiempo, por lo tanto esto nos hace más lentos al momento de realizar esta acción. En cambio supongamos ahora que tenemos un aparato que nos permita reflejar el otro lado que estamos viendo, de esta manera nos aseguramos de que vamos viendo los dos extremos del camino sin necesidad de ir girando la cabeza repetidamente, haciendo el cruce más rápido y sencillo.
Las computadoras cuánticas nos ayudarán a agilizar el proceso de investigación, haciendo que algunos cálculos que nos demoraría resolver en miles de años en una computadora convencional, una computadora cuántica lo resolvería en un par de minutos. Esta superposición simultánea y entrelazamiento hace que una computadora cuántica tenga una capacidad de procesamiento mucho mayor.
Entre los casos emblemáticos está el hallazgo de nuevas moléculas para el diseño de medicamentos, porque se pueden modelar de forma más rápida y simular su interacción en el organismo.
¿Qué sistema operativo utilizarán las computadoras cuánticas?
Uno de los sistemas más utilizados por la mayoría de las personas es Microsoft Windows, desarrollado por la misma compañía Microsoft, existen muchos otros sistemas operativos como por ejemplo Mac OS (sistema desarrollado por la compañía de Apple) y Linux, este último a diferencia de los demás, es un código abierto y desarrollado por una comunidad, la versatilidad de este es que puedes utilizarlo en cualquier dispositivo electrónico como por ejemplo un celular, una tablet e incluso una mini computadora que pueda caber en la palma de tu mano.
Todos estos sistemas operativos funcionan utilizando el sistema binario. A diferencia de los ordenadores cuánticos, no pueden funcionar con ninguno de los sistemas operativos que conocemos, ya que como hemos explicado funcionan con qubits y no con bits, por lo que el desarrollo de su software debe contemplar esos estados adicionales de los que hemos hablado, y este es uno de los motivos (además del coste que tienen y las dificultades técnicas para hacerlos funcionar) por los que su llegada al entorno doméstico está todavía muy lejos.
Actualmente Microsoft ha estado desarrollando un interfaz para poder simular y dar instrucciones a ordenadores cuánticos, llamado LIQUi|>, desarrollado en el 2016. Este pequeño avance incluye un lenguaje de programación, optimización y algoritmos de programación además de simuladores cuánticos. Este software puede ser utilizado para traducir un algoritmo cuántico descrito como un programa de alto nivel (los programas visibles que ejecutamos) en instrucciones de bajo nivel para una máquina cuántica. Al ser un software de programación, está limitado sólo por la memoria y los hilos de proceso de la CPU, y como hemos dicho puede ser utilizado como traductor de algoritmos cuánticos en forma de un programa de alto nivel capaz de dar instrucciones a bajo nivel a una CPU. Dicho de otra manera, no es sino un simulador de ordenadores cuánticos para un PC convencional.
Sin embargo, actualmente existe un sistema operativo ya desarrollado por los investigadores de la universidad de Cambridge en 2015 esta se llamó t | ket> el cuál utilizó una supercomputadora de alta velocidad diseñada a la medida para simular con precisión un procesador cuántico, pero no es el único, China en el 2021 desarrolló Origin Quantum, un sistema operativo completo que con avances tecnológicos para que ordenadores cuánticos puedan ser utilizados como si fueran ordenadores independientes y no como una mera terminal desde la que ejecutar órdenes de cálculo.
Es por eso que los sistemas operativos cuánticos no pueden ser utilizados en una computadora convencional, ya que estas utilizan el sistema de bits y no de qubits.
¿Cómo se ve una computadora cuántica?
Probablemente te imagines a una computadora cuántica como las que se usan convencionalmente, con teclado, pantalla y un mouse, pero no, son totalmente diferentes, ya que estas aún no han sido fabricadas para uso convencional.
Sí llegarás un día a conocer una computadora cuántica, lo que verías sería una máquina sorprendentemente grande con una célula de vacío o un tubo y un grupo de láseres que brillarán en ella y en el interior un átomo de muy baja densidad – por supuesto que no vas a poder ver el átomo-, los láseres se utilizan para desacelerar el movimiento atómico a muy cerca del cero absoluto, lo cual se llama enfriamiento por láser y ayuda a utilizar los qubits (bits cuánticos).
