La computación clásica ha recorrido un largo camino, desde resolver problemas matemáticos simples hasta usar recursos adicionales para resolver tareas altamente complejas. Sin embargo, las limitaciones de la computación clásica le impiden resolver los desafíos mucho más complejos que enfrenta el mundo hoy en día, y ahí es donde entra en juego la computación cuántica.

Aunque actualmente no está disponible comercialmente (a gran escala), se espera que la computación cuántica cambie el mundo tal como lo conocemos al traer la próxima generación de transformación a las finanzas, la medicina, el cifrado, la inteligencia artificial (IA) y numerosos otros campos.

De bit a qubit: la transición de la computación clásica a la cuántica

En la computación clásica, que incluye teléfonos, portátiles y casi todos los demás dispositivos, la información se almacena en un formato binario. Esta información existe como un bit, que es 0 o 1.

En la computación cuántica, la información no solo permanece en 0s y 1s, sino que también puede existir entre ambos bits simultáneamente. Aquí, la unidad básica de memoria no es un bit, sino un bit cuántico (qubit). Un qubit se crea utilizando un sistema físico (electrones o fotones). Dado que estos qubits esencialmente existen en un "estado intermedio", pueden formar parte de varios arreglos diferentes a la vez, lo que se conoce como superposición cuántica. Cuando diferentes qubits se enlazan entre sí, el proceso se conoce como entrelazamiento cuántico. La superposición cuántica y el entrelazamiento juntos permiten que numerosos qubits representen diferentes cosas al mismo tiempo.

La computación cuántica fue creada para resolver problemas grandes y no estructurados. Promete resolver tareas complejas en cuestión de minutos u horas, lo que le tomaría a una computadora clásica miles de años. Por ejemplo, en 2019, Google anunció que había logrado la "supremacía cuántica" por primera vez. Su procesador Sycamore de 54 qubits pudo realizar un cálculo matemático en 200 segundos, lo que habría tomado 10,000 años completar en la supercomputadora más rápida del mundo.

Al hablar sobre la ciencia detrás de la computación cuántica, es importante señalar que el estado en el que existe un qubit es extremadamente sensible, y cualquier interferencia podría hacer que el qubit pierda su estado. Por ejemplo, las computadoras cuánticas son extremadamente sensibles al calor. Las colisiones de moléculas de aire podrían hacer que un qubit pierda sus propiedades cuánticas y vuelva a asentarse como 1 o 0. Esto se conoce como decoherencia cuántica.

La decoherencia cuántica podría causar que todo el sistema colapse.

¿Cómo impactará la computación cuántica a las empresas?

A medida que las empresas se acercan a la comercialización de productos de computación cuántica, se vuelve cada vez más importante identificar las diversas aplicaciones que se beneficiarán de ella. La computación cuántica puede usarse para numerosas aplicaciones para resolver problemas complejos que no pueden hacerse eficientemente en una computadora clásica. Estos problemas podrían abarcar cualquier número de áreas, como la cadena de suministro y la logística, la IA y el aprendizaje automático, las finanzas, la criptografía, la salud, la ciberseguridad, la optimización del tráfico, la predicción del clima, la utilización de energía, y así sucesivamente.

Los límites de la computación cuántica son ilimitados una vez que se resuelvan los desafíos de hardware y software hacia su implementación. El desafío clave es asegurar que los qubits mantengan su estado de superposición sin ser afectados por influencias externas como el calor o las vibraciones.

Aunque hay muchas industrias, hay un par de temas recurrentes que surgen cuando discutimos la computación cuántica: optimización e investigación. Aquí hay una lista de aplicaciones que la computación cuántica podría mejorar drásticamente o resolver:

Hablemos de un par de áreas clave en detalle:

Descubrimiento de fármacos e investigación: La salud ha estado a la vanguardia como resultado de la pandemia de COVID-19. Las empresas ahora están gastando miles de millones de dólares en descubrimiento de fármacos e investigación y desarrollo en el campo médico, realizando ensayos de vacunación, llevando a cabo nuevas investigaciones de fármacos, estudiando la biología molecular y otros campos de la salud.

La computación cuántica podría ayudar a acortar significativamente los ensayos clínicos que toman meses o años, ya que todos los datos serían procesados y simulados a un ritmo mucho más rápido. Esto podría significar un tiempo más corto para que los medicamentos lleguen al mercado, tiempos de aprobación de medicamentos más cortos y simulaciones más cortas. En reconocimiento a este nuevo futuro cuántico, las empresas de salud están invirtiendo en computación cuántica. Por ejemplo, en enero de 2021, Boehringer Ingelheim, una importante empresa de salud, anunció que la firma ha entrado en un acuerdo de colaboración con Google Quantum AI para centrarse y desarrollar la investigación de la computación cuántica en la investigación farmacéutica.

Sector financiero: Una de las áreas más grandes donde se espera que la computación cuántica haga grandes avances es en el sector financiero, específicamente dentro de la segmentación de clientes, el análisis de predicciones, el perfil de riesgo y el comercio de instrumentos o mercados financieros. Se espera que la computación cuántica mejore drásticamente los métodos de simulación de Monte Carlo. La simulación de Monte Carlo es una técnica matemática donde los investigadores o experimentadores pueden considerar factores de riesgo al tomar decisiones. Proporciona un rango de posibles factores o resultados basados en las variables dadas.

La computación cuántica puede hacer estas simulaciones significativamente más rápidas, ayudando a las empresas a tomar decisiones mucho más rápidas y analizar datos complejos. Pesos pesados financieros como Barclays y JPMorgan fueron algunas de las primeras firmas en el mundo en aprovechar la computación cuántica para el sector financiero colaborando con IBM en su red IBM Q en 2017.

IA y aprendizaje automático: La IA y el aprendizaje automático han hecho grandes avances en todas las industrias. La tecnología está a la vanguardia de numerosas áreas en este momento, como la fabricación, la robótica y el desarrollo de aplicaciones, y cambiará el curso de la vida tal como la conocemos. Tareas como el reconocimiento de imágenes, el reconocimiento de voz y video, hacer predicciones, la detección de fraudes y otras están siendo manejadas por la IA y el aprendizaje automático en segundo plano.

A medida que aumenta el número de aplicaciones, también lo hace la cantidad de datos. Tener una gran cantidad de datos es algo bueno, pero no saber cómo usar estos datos presenta un desafío significativo. Es muy difícil para las computadoras tradicionales mantenerse al día con las necesidades operativas y de procesamiento de estos datos, que necesitan ser altamente precisos y trabajar a altas velocidades.

Aquí es donde podría entrar la computación cuántica. ¡Problemas complejos de IA y aprendizaje automático podrían resolverse en horas en lugar de años! Las inversiones en el espacio también han comenzado a acelerarse. En junio de 2021, científicos informáticos liderados por ETH Zurich comenzaron a realizar una exploración temprana para el aprendizaje automático impulsado por computación cuántica confiable.

Últimas innovaciones en el espacio de la computación cuántica

El espacio de la computación cuántica (tanto hardware como software) ha visto varias inversiones en los últimos años. Empresas como Google, IBM, D-Wave Systems han lanzado sus propias versiones de computadoras cuánticas tanto como hardware o en la nube, pero estas aún están bajo revisiones minuciosas para determinar si pueden llamarse una verdadera "computadora cuántica".

Las empresas de todo el mundo han reconocido el increíble potencial de la computación cuántica y ese reconocimiento se ha manifestado como un aumento significativo en las inversiones.

Algunas de las inversiones clave en el último año se han enumerado a continuación:

El crecimiento del servicio en la nube cuántica

El hardware para desarrollar computadoras cuánticas es un desafío, retrasando su comercialización a gran escala. Los enormes requisitos de energía junto con los problemas de diseño y desarrollo para asegurar que las computadoras cuánticas se mantengan estables a temperaturas bajo cero son complejos y costosos.

Para superar esto, los proveedores de computación cuántica están mirando a la nube para llevar la computación cuántica a un público más amplio. Una de las tendencias clave que observamos en el espacio de la computación cuántica es el interés en torno al servicio en la nube cuántica.

En el servicio en la nube cuántica, como su nombre indica, los desarrolladores de aplicaciones y científicos pueden construir aplicaciones cuánticas híbridas y observar impactos prácticos. El software permite a la persona acceder a servicios cuánticos a través de una plataforma de computación en la nube. D-Wave Systems, un proveedor clave en el espacio de la computación cuántica anunció el lanzamiento de Leap 2, que es un servicio en la nube cuántica. El software permite a los usuarios resolver problemas que tienen hasta 10,000 variables. Dado que los servicios en la nube cuántica están principalmente enfocados en los desarrolladores en este momento, soporta un entorno de desarrollo integrado (IDE) preconstruido y listo para codificar en la nube.

Se acerca la era de la computación cuántica

A medida que más empresas se dan cuenta de los posibles beneficios de la computación cuántica una vez que se comercialice a escala, las inversiones continúan creciendo. Cruzar las barreras físicas es el primer y mayor desafío que enfrentan los investigadores de computadoras cuánticas. Varias empresas como IBM, Google, Microsoft y numerosas empresas medianas están haciendo grandes avances en el campo de la computación cuántica para asegurar que la computación cuántica sea más una realidad que un mito en la próxima década.

Editado por Sinchana Mistry