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¿Qué es un ordenador cuántico exactamente?

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Seguro que lo has visto en muchas películas: súper ordenadores cuánticos capaces de hacer cálculos y genialidades que se escapan del entendimiento humano. Los ordenadores cuánticos son como el Albert Einstein de la computación, y nuestros equipos informáticos no son más que carne de chatarrero en comparación. ¿Pero, existen realmente? Y si es así, ¿cómo funcionan? La respuesta a esta última cuestión no es tan fácil de responder, pero como diría Freddy Krueger, Vayamos por partes.

Ceros y unos, la base de la computación

Como bien sabes, los ordenadores se basan ceros y unos para realizar cualquier operación. Esta es la unidad de información más básica de lo que se conoce como lenguaje de máquinas. Un bit puede tener un valor que varía entre el 0 y el 1, y combinando muchos de esos bits un ordenador puede generar otros valores más complejos, esta vez sí, entendibles para los seres humanos (como palabras o imágenes, por ejemplo). ¿Cómo se representa luego ese 0 o ese 1 en la práctica, en la vida real? Normalmente son pequeños voltajes, en los que la corriente o la falta de la misma sirven para representar ese bendito 0/1.
Con el paso del tiempo, los circuitos, resistencias y chips se han ido haciendo cada vez más pequeños, llegando a alcanzar tamaños realmente diminutos, impensables hasta hace no tanto. ¿Sabías que con la potencia de un iPhone 4 el hombre llegó a la luna hace poco más de 50 años?

El fascinante mundo de los átomos

Hasta ahora pensábamos que los átomos eran como un pequeño sistema solar: un sol (formado por protones y neutrones) sobre el que orbitan unos diminutos planetas, los electrones.

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Olvídate de todo eso. Hace años un grupo de científicos alemanes y daneses se dio cuenta de que el comportamiento de los átomos a escalas realmente diminutas resultaba totalmente surrealista. Pura ciencia-ficción. Y si no, atiende:

Los átomos pueden tener 2 estados: se les puede tratar como partículas (con su correspondiente masa), pero también como ondas (como la luz, por ejemplo).

Un átomo puede ocupar 2 espacios al mismo tiempo. Es lo que se conoce como superposición.

Los átomos modifican su estado al ser observados. Es decir, en el momento que miramos un átomo para estudiarlo, sus propiedades cambian. ¿Cómo era ese átomo antes de le echáramos un vistacillo?

Un átomo puede transmitir determinadas propiedades a otro átomo sin que haya una conexión física de por medio. Es lo que se conoce como entrelazamiento.
Con este tipo de propiedades comprenderás que hablar de ceros y unos a la hora de adaptar la tecnología computacional a niveles microscópicos no tiene mucho sentido.

Comprendiendo los ordenadores cuánticos

Todo aquel a quien la mecánica cuántica no le parezca insólita es que no la ha entendido decía el ilustre científico Niels Bohr.

¿Entonces, cómo funciona un ordenador cuántico?

Aunque no se sepa el verdadero motivo del comportamiento de los átomos a escala microscópica, sí que se ha demostrado y comprobado dicho comportamiento de manera empírica y teórica. Es decir, sabemos cómo funciona, pero no por qué funciona.

Construyendo un ordenador cuántico

Tomando todo esto como base, Google en colaboración con la NASA desarrolló en 2014 el que puede considerarse el primer ordenador o computador cuántico. El ordenador D-Wave. El chip de este ordenador, el D-Wave 2 Vesuvius, está formado por 512 cubits donde cada uno de estos cubits o qubits corresponde a una unidad de información cuántica. Los cubits, por su parte, van agrupados en bloques de 8 cubits.

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La magia del D-Wave radica en que los cubits han demostrado tener entrelazamiento cuántico: Cuando un cubit adquiere el valor 1, el cubit que se encuentra a su lado también adquiere el valor 1. Sin ningún tipo de contacto entre ambos.

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El chip D-Wave 2 Vesubius, con sus 512 cubits

¿Todo esto a dónde nos lleva?

Se dice que el D-Wave tiene una capacidad de procesamiento bestial, superior a la potencia de 35.000 chips Intel. Esto no deja de ser una media verdad, ya que cuando se programaron esos chips para competir específicamente contra el D-Wave, demostraron una capacidad similar.

De lo que no cabe duda es que el ordenador cuántico de Google y la NASA juega en otra liga, y difícilmente es trasladable actualmente a nuestra vida cotidiana. Solo para empezar, el D-Wave requiere de grandes cantidades de nitrógeno líquido para funcionar. Eso sin tener en cuenta que también le afecta el campo magnético de la tierra, pesa casi 5,000 Kg y genera un ruido de unos 75 dB.

Resulta asombroso ver todo lo que ha avanzado la tecnología en los últimos años, en un ámbito tan sci-fi como la computación cuántica. Si esto es así, solo espero que no tarden mucho en encontrar una solución a otro de los sueños clásicos de la ciencia ficción: la creación de los sables láser estilo Star Wars.

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