El desarrollo de computadoras cuánticas marca un salto adelante en la capacidad informática, con el potencial de ganancias masivas de rendimiento en casos de uso específicos. Por ejemplo, se espera que la computación cuántica sobresalga en tareas como la factorización de números enteros y las simulaciones, y muestre potencial para su uso en industrias como la farmacéutica, la atención médica, la fabricación, la ciberseguridad y las finanzas.

El mercado global de computación cuántica en 2022 se valoró en más de $ 395 millones de dólares.

El Mercado crecerá a aproximadamente $ 532 millones de dólares para 2028. Aunque la computación cuántica es una tecnología que emerge rápidamente, tiene el potencial de convertirse en una tecnología disruptiva una vez que alcance la madurez. Las empresas de computación cuántica están surgiendo en todo el mundo, pero los expertos estiman que podrían pasar años antes de que la computación cuántica ofrezca beneficios prácticos.

 

La primera computadora cuántica disponible comercialmente fue lanzada en 2011 por D-Wave Systems. En 2019, IBM lanzó Quantum System One y, en noviembre de 2022, presentó la computadora cuántica más grande hasta el momento, Osprey.

Aunque la idea de usar una computadora cuántica puede ser emocionante, es poco probable que la mayoría de las organizaciones construyan o compren una. En su lugar, podrían optar por utilizar servicios basados en la nube que permitan el acceso remoto. Por ejemplo, Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum y Rigetti Quantum Cloud Services ofrecen computación cuántica como servicio.

Las computadoras cuánticas comerciales están disponibles entre $ 5,000 y $ 15 millones de dolares, según la potencia de procesamiento. 

Por ejemplo, una computadora cuántica con 50 qbits puede costar hasta $10 millones de dolares.

 

 

 

 

¿Cómo funciona la computación cuántica?

 

La teoría cuántica explica la naturaleza y el comportamiento de la energía y la materia en los niveles cuántico , atómico y subatómico. 

La computación cuántica aprovecha cómo funciona la materia cuántica: donde la computación clásica usa bits binarios (1 y 0), la computación cuántica usa 1, 0 y 1 y 0 simultáneamente. La computadora cuántica gana gran parte de su poder de procesamiento porque los bits pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo.

Las computadoras cuánticas se componen de un área que alberga qubits , el método que transfiere señales a qubits, y una computadora clásica que ejecuta un programa y envía instrucciones.

 

Un qubit, o bit cuántico, es equivalente a un bit en la informática clásica. Así como un bit es la unidad básica de información en una computadora clásica, un qubit es la unidad básica de información en una computadora cuántica. Las computadoras cuánticas usan partículas como electrones o fotones a los que se les da una carga o polarización para actuar como 0, 1 o como 0 y 1. Los dos aspectos más relevantes de la física cuántica son los principios de superposición y entrelazamiento .

 

La superposición se refiere a colocar la información cuántica que contiene un qubit en un estado de todas las configuraciones posibles, mientras que el entrelazamiento se refiere a que un qubit cambia directamente a otro.

 

Las computadoras cuánticas tienden a consumir muchos recursos y requieren una cantidad significativa de energía y refrigeración para funcionar correctamente. El hardware de computación cuántica se compone principalmente de sistemas de refrigeración que mantienen un procesador superconductor a una temperatura específica de superenfriamiento. Un refrigerador de dilución, por ejemplo, se puede usar como un refrigerante que mantiene la temperatura en un rango de milikelvin (mK). Como ejemplo, IBM ha utilizado este líquido refrigerante para mantener su sistema preparado para la cuántica en aproximadamente 25 mK, que es comparable a -459 grados Fahrenheit. A esta temperatura súper baja, los electrones pueden fluir a través de los superconductores, que crean pares de electrones.

 

 

 

 

Características de la computación cuántica

 

Las computadoras cuánticas están diseñadas para realizar cálculos complejos con grandes cantidades de datos utilizando las siguientes características:

 

Superposición. La superposición se refiere a los qubits que están en todas las configuraciones a la vez. Piense en un qubit como un electrón en un campo magnético. El giro del electrón puede estar alineado con el campo, conocido como estado de giro hacia arriba, o opuesto al campo, conocido como estado de giro hacia abajo. Cambiar el espín del electrón de un estado a otro se logra mediante el uso de un pulso de energía, como el de un láser. Si solo se usa la mitad de una unidad de energía láser y la partícula se aísla de todas las influencias externas, entra en una superposición de estados. La partícula se comporta como si estuviera en ambos estados simultáneamente.

Dado que los qubits toman una superposición de 0 y 1, esto significa que la cantidad de cálculos que una computadora cuántica podría realizar es 2^n, donde n es la cantidad de qubits utilizados. Una computadora cuántica compuesta por 500 qubits tiene el potencial de hacer 2^500 cálculos en un solo paso.

 

Enredo. Las partículas entrelazadas son pares entrelazados de qubits que existen en un estado en el que cambiar un qubit cambia directamente al otro. Conocer el estado de giro de una partícula entrelazada (hacia arriba o hacia abajo) revela el giro de la otra en la dirección opuesta. Además, debido a la superposición, la partícula medida no tiene una sola dirección de giro antes de ser medida. El estado de giro de la partícula que se mide se determina en el momento de la medición y se comunica a la partícula conectada, que asume simultáneamente la dirección de giro opuesta.

 

El entrelazamiento cuántico permite que los qubits separados por grandes distancias interactúen entre sí instantáneamente. No importa cuán grande sea la distancia entre las partículas correlacionadas, permanecen entrelazadas mientras estén aisladas.

La superposición y el entrelazamiento cuánticos juntos crean un poder de cómputo enormemente mejorado. Si se agregan más qubits, la mayor capacidad se expande exponencialmente.

 

 

 

¿Qué es la teoría cuántica?

 

El desarrollo de la teoría cuántica comenzó en 1900 con una presentación del físico alemán Max Planck ante la Sociedad Alemana de Física. Planck introdujo la idea de que la energía y la materia existen en unidades individuales. Los desarrollos posteriores de varios científicos durante los siguientes 30 años han llevado a la comprensión moderna de la teoría cuántica.

 

Los elementos de la teoría cuántica incluyen los siguientes:

• La energía, como la materia, consta de unidades discretas, a diferencia de una onda continua.

• Las partículas elementales de energía y materia, dependiendo de las condiciones, pueden comportarse como partículas u ondas.

• El movimiento de las partículas elementales es inherentemente aleatorio y, por lo tanto, impredecible.

• La medición simultánea de dos valores complementarios, como la posición y el momento de una partícula, es defectuosa. Cuanto más precisamente se mida un valor, más defectuosa será la medición del otro valor.

 

 

 

 

Usos y beneficios de la computación cuántica

 

La computación cuántica tiene el potencial de ofrecer los siguientes beneficios:

 

• Velocidad. Las computadoras cuánticas son increíblemente rápidas en comparación con las computadoras clásicas. Por ejemplo, la computación cuántica tiene el potencial de acelerar los modelos de gestión de carteras financieras, como el modelo Monte Carlo para medir la probabilidad de resultados y sus riesgos asociados.

• Habilidad para resolver procesos complejos. Las computadoras cuánticas están diseñadas para realizar múltiples cálculos complejos simultáneamente. Esto puede ser particularmente útil para las factorizaciones, lo que podría ayudar a desarrollar tecnologías de descifrado .

• Simulaciones. Las computadoras cuánticas pueden ejecutar simulaciones complejas. Son lo suficientemente rápidos como para simular sistemas más complejos que las computadoras clásicas. Por ejemplo, esto podría ser útil para las simulaciones moleculares, que son importantes en el desarrollo de medicamentos recetados.

• Mejoramiento. Con la capacidad de la computación cuántica para procesar grandes cantidades de datos complejos, tiene el potencial de transformar la inteligencia artificial y el aprendizaje automático.

 

 

 

 

 

Una comparación de la computación clásica y la cuántica

 

La computación clásica se basa en los principios expresados por el álgebra booleana , que generalmente opera en un principio de puerta lógica . Los datos deben procesarse en un estado binario exclusivo en cualquier momento, ya sea 0 para desactivar o 1 para activar. Estos valores son bits. Los millones de transistores y capacitores en el corazón de las computadoras solo pueden estar en un estado en cualquier punto. También hay un límite en cuanto a la rapidez con la que estos dispositivos pueden cambiar de estado.

En comparación, las computadoras cuánticas operan con una puerta lógica de dos modos, XOR y un modo llamado QO1, que les permite cambiar 0 en una superposición de 0 y 1. En una computadora cuántica, se pueden usar partículas como electrones o fotones. . A cada partícula se le asigna una carga, o polarización, que actúa como una representación de 0 y 1. Cada partícula se denomina bit cuántico o qubit. La naturaleza y el comportamiento de estas partículas forman la base de la computación cuántica y la supremacía cuántica .

Como cualquier tecnología emergente, la computación cuántica ofrece oportunidades únicas en un campo que se encuentra en plena expansión tecnologica que promete transformar de forma disruptiva para siempre el mundo de la computación actual.