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LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA, EL SIGUIENTE PASO TECNOLÓGICO


La computación cuántica es una tecnología relativamente nueva, y actualmente sólo algunas compañías se encuentran trabajando en ella (IBM, Microsoft, Intel y Google), todo esto debido al gran costo y trabajo que implica; sin embargo, los avances y conocimientos obtenidos hasta el momento representan una promesa para el siguiente paso tecnológico. En este articulo veremos una visión general sobre la computación cuántica y nos enfocaremos principalmente en entenderla.

Autor: Roel Gamarra (Ver todos sus post)

Tecnología Seguridad Computación cuántica

Fecha de publicación: 2020-02-20 10:01:52
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[ARTÍCULOS GENERALES] LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA, EL SIGUIENTE PASO TECNOLÓGICO

Primero, para entender la computación cuántica, debemos recordar cómo funciona la computación digital (Normal).

En la computación clásica, la unidad mínima de memoria es el bit, esto quiere decir que todos los programas y aplicaciones que a diario usamos en nuestro smartphone, tablets y computadoras, están codificados en bits. Dicho en palabras más sencillas; un lenguaje que utiliza 0 y 1. Así que cada vez que utilizamos algunos de estos programas, se 'Modifican', 'Crean' y 'Destruyen' toda una cadena compuesta de 0 y 1.

Pero que son físicamente estos 0 y 1, pues en la computación clásica, estos 0 y 1 son 'Corriente eléctrica' que circula, o no circula a través de transistores, estos a su vez, actúan como interruptor que controlan el flujo de la corriente eléctrica, entonces, cuando circula corriente, el transistor esta apagado lo que equivale a un 0 y cuando el transistor este encendido equivale a un 1. De esta manera se puede hacer combinaciones de 0 y 1 para representar múltiples valores.

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica a diferencia de la computación tradicional, no utiliza bits, sino, qubits. Los qubits son un sistema quántico que al igual que los bits pueden estar en estado de 'Baja excitación' que corresponde a 0 y en un estado de ‘Alta excitación' que corresponde a un 1, pero aquí radica la diferencia, los qubits también pueden estar en cualquiera de los estados infinitos entre 0 y 1. Ósea que pueden ser 20% cero y 80% 1, o 75% cero y 15% uno, etc.

Este fenómeno es conocido como "Super Posición Cuántica" y se presenta naturalmente en sistemas cuánticos; entonces, la computación cuántica se vale de los qubits y sus propiedades para trabajar.

Propiedades cuánticas

Superposición cuántica: Propiedad por la cual una partícula puede estar en distintos estados a la vez.

Entrelazamiento cuántico: Descrita como dos partículas tan separadas como se quiera; pueden estar correlacionadas, por lo que si se interactúa con una, la otra lo sabrá.

Teletransporte cuántico: Utiliza el entrelazamiento cuántico para enviar información de un lugar a otro, sin la necesidad de tener que viajar por el espacio.

Algoritmos cuánticos

Los computadores cuánticos aprovechan esas propiedades cuánticas presentes en los qubits, para ejecutar 'Algoritmos cuánticos' que utilizan la superposición y el entrelazamiento, para ofrecer una mayor capacidad de procesamiento en comparación con los ordenadores clásicos.

Es importante señalar que este cambio de paradigma no consiste en hacer lo mismo que los computadores actuales, pero más rápido, si no que, estas propiedades les permiten a las computadoras cuánticas realizar ciertas operaciones de una manera totalmente diferente que en muchos casos resulta más eficiente y consume menos recursos.

Pongamos un ejemplo; supongamos que nos encontramos en Perú y queremos calcular la ruta más corta hacia México entre un millón de opciones. Para poder resolver este problema necesitaremos digitalizar esa cantidad mencionada de opciones, lo que implicaría traducirla en bits para un computador clásico y qubits para un computador cuántico.

Mientras que una computadora normal necesitaría ir uno por uno evaluando cada uno de los caminos hasta encontrar la solución óptima, un computador cuántico aprovecha el paralelismo cuántico para evaluar todas las opciones a la vez. Para una computadora normal esto equivale al orden N/2 interacciones, es decir, 500000 intentos. Mientras que una computadora cuántica encuentra la solución en raiz de N interacciones, es decir, en 1000 intentos.

La diferencia para este ejemplo es cuadrática, pero en otros casos esta diferencia llega a ser incluso exponencial.

Una amaneza para la seguridad

Es debido a esta capacidad de procesamiento que algunos expertos mencionan que la computación cuántica representa una amenaza para la seguridad informática, ya que se estima que un computador cuántico de entre 20000 y 25000 qubits podría romper con toda la criptografía utilizada hoy en día (Las claves públicas).

Limitaciones

Por el momento, el simple hecho de producir una computadora cuántica ya de por sí implica un gasto elevado y no es una tarea sencilla, sin mencionar que estas necesitan de un entorno adecuado ya que los qubits son propensos a modificar su estado por el 'Ruido' externo, lo cual produciría fallos en los resultados.

El futuro

Las ventajas de la computación cuántica es que se pueden utilizar en tecnologías como el Machine Learning y la IA, ya que estos modelos permiten un nivel de aprendizaje mucho más rápido. Pero se estima que igual que la computación clásica, su uso se pueda dar en otras plataformas e industrias; aunque aún queda una brecha de tiempo y dificultades a superar.

CONCLUSIÓN

La computación cuántica representa esa clara posibilidad que nos permita dar un enorme salto tecnológico, el cual, sin exagerar representaría un cambio completo en la forma en la cual trabajamos actualmente, rompiendo una gran cantidad de límites; pero que al igual que ocurre con cualquier tipo de poder, este debe tomarse con responsabilidad. Por el momento, si te interesa saber un poco más del tema y practicar con ello, te dejamos algunos simuladores libres, con los cuales puedes hacer sencillos algoritmos cuánticos en lenguajes existentes como C, C++, Java, Maxima, Python, Octave e incluso con Q# (Un lenguaje exclusivo para la computación cuántica) QiskitRigetti.



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INFORMACIÓN SOBRE EL AUTOR DEL ARTÍCULO
ROEL W. GAMARRA CHIPA : Soy una persona proactiva y responsable con las actividades que tenga a mi cargo. El compromiso laboral que manejo se basa en garantizar un trabajo de calidad, realizado de forma eficiente y eficaz, ya que, poseo las habilidades y valores necesarios; así mismo, mi persona siempre está dispuesta a aprender y tomar en consideración las recomendaciones de mi entorno laboral.


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