¿Qué es la computación cuántica? Es el uso de la mecánica cuántica para ejecutar cálculos en un hardware (equipo) especializado.

¿Qué es cuántico? El cuántico en “computación cuántica” se refiere a la mecánica cuántica que utiliza el sistema para calcular los resultados. En física, un Quantum es la unidad discreta más pequeña posible de cualquier propiedad física. Por lo general, se refiere a propiedades de partículas atómicas o subatómicas, como electrones, neutrinos y fotones.

¿Qué es un qubit? Un qubit es la unidad básica de información en la computación cuántica. Los qubits juegan un papel similar en la computación cuántica al de los bits en la computación clásica, pero se comportan de manera muy diferente. Los bits clásicos son binarios y solo pueden tener una posición de 0 o 1, pero los qubits pueden tener una superposición de todos los estados posibles.


¿Qué es la computación cuántica? Las computadoras cuánticas aprovechan el comportamiento único de la física cuántica, como la superposición, el entrelazamiento y la interferencia cuántica, y lo aplican a la computación. Esto introduce nuevos conceptos a los métodos de programación tradicionales.

Superposición. En superposición, las partículas cuánticas son una combinación de todos los estados posibles. Fluctúan hasta que se observan y miden. Una forma de imaginar la diferencia entre la posición binaria y la superposición es imaginar una moneda. Los bits clásicos se miden “lanzando la moneda” y obteniendo cara o cruz. Sin embargo, si pudieras mirar una moneda y ver cara y cruz al mismo tiempo, así como todos los estados intermedios, la moneda estaría en superposición.

Entrelazamiento. El entrelazamiento es la capacidad de las partículas cuánticas para correlacionar sus resultados de medición entre sí. Cuando los qubits se entrelazan, forman un solo sistema y se influyen mutuamente. Podemos usar las medidas de un qubit para sacar conclusiones sobre los demás. Al agregar y entrelazar más qubits en un sistema, las computadoras cuánticas pueden calcular exponencialmente más información y resolver problemas más complicados.


Interferencia cuántica. La interferencia cuántica es el comportamiento intrínseco de un qubit, debido a la superposición, para influir en la probabilidad de que colapse de una forma u otra. Las computadoras cuánticas están diseñadas y construidas para reducir la interferencia tanto como sea posible y garantizar los resultados más precisos. Para ello, se utilizan qubits topológicos, que se estabilizan manipulando su estructura y rodeándolos de compuestos químicos que los protegen de interferencias externas.

¿Cómo funciona la computación cuántica?
Una computadora cuántica tiene tres partes principales:

  • Una zona que alberga los qubits
  • Un método para transferir señales a los qubits.
  • Una computadora clásica para ejecutar un programa y enviar instrucciones

Para algunos métodos de almacenamiento de qubits, la unidad que alberga los qubits se mantiene a una temperatura justo por encima del cero absoluto para maximizar su coherencia y reducir la interferencia. Otros tipos de carcasas de qubits utilizan una cámara de vacío para ayudar a minimizar las vibraciones y estabilizar los qubits.

Las señales se pueden enviar a los qubits utilizando una variedad de métodos, que incluyen microondas, láser y voltaje.

Usos y áreas de aplicación de la computadora cuántica
Una computadora cuántica no puede hacer todo más rápido que una computadora clásica, pero hay algunas áreas en las que las computadoras cuánticas tienen el potencial de tener un gran impacto.

Simulación cuántica. Las computadoras cuánticas funcionan excepcionalmente bien para modelar otros sistemas cuánticos porque utilizan fenómenos cuánticos en su cálculo. Esto significa que pueden manejar la complejidad y ambigüedad de los sistemas que sobrecargarían las computadoras clásicas. Ejemplos de sistemas cuánticos que podemos modelar incluyen fotosíntesis, superconductividad y formaciones moleculares complejas.

Criptografía. La criptografía clásica, como el algoritmo Rivest-Shamir-Adleman (RSA) que se usa ampliamente para asegurar la transmisión de datos, se basa en la intratabilidad de problemas como la factorización de números enteros o los logaritmos discretos. Muchos de estos problemas se pueden resolver de manera más eficiente utilizando computadoras cuánticas.

Optimización. La optimización es el proceso de encontrar la mejor solución a un problema dado el resultado deseado y las limitaciones. En la ciencia y la industria, las decisiones críticas se toman en función de factores como el costo, la calidad y el tiempo de producción, todos los cuales pueden optimizarse. Al ejecutar algoritmos de optimización de inspiración cuántica en computadoras clásicas, podemos encontrar soluciones que antes eran imposibles. Esto nos ayuda a encontrar mejores formas de administrar sistemas complejos, como los flujos de tráfico, las asignaciones de puertas de los aviones, la entrega de paquetes y el almacenamiento de energía.

Aprendizaje automático cuántico. El aprendizaje automático en computadoras clásicas está revolucionando el mundo de la ciencia y los negocios. Sin embargo, entrenar modelos de aprendizaje automático tiene un alto costo computacional y eso ha obstaculizado el alcance y el desarrollo del campo. Para acelerar el progreso en esta área, se esta explorando formas de diseñar e implementar software cuántico que permita un aprendizaje automático más rápido.