Qué puede hacer la informática cuántica por nosotros

TRANSCENDENCEHace un par de semanas fui al cine a ver “Transcendence“, la primera película del conocido director de fotografía Wally Pfister y protagonizada por Jonhny Deep y Rebecca Hall y el magnífico Morgan Freeman. Una película de ciencia ficción y futurista (aunque no tanto) pero un poco fuera del alcance de muchos (yo me incluyo) en la que se mezcla humanos, con inteligencia artificial, super-computadoras, incluyendo notas de amor y leyes morales. Casualmente encontré un artículo que hablaba sobre la informática cuántica antes de ver la película, así que extraigo y adapto la gran parte de él por si os sirve de ayuda para entender de qué hablan en ciertas ocasiones y que todo eso está más presente de lo que pensamos.

Uno de los campos de investigación e innovación más fascinante involucra la aplicación del fenómeno cuántico en la tecnología, especialmente en ordenadores. Un reciente informe  realizado por el Washintog Post en la NSA que clasificaba programas de tecnología cuántica anunciaba que la Unión Europea y Suiza habían alcanzado a EEUU en ordenadores con tecnología cuántica.

De hecho, este es un área en el que la Unión Europea lleva investigando desde 1990 a través del programa Futuro y Tecnologías emergentes, con más de 250 millones de euros invertidos en investigación para el desarrollo y aplicación de la tecnología cuántica. […]¿Pero cómo trabaja la tecnología cuántica y qué innovadoras aplicaciones podríamos ver pronto en el mercado?

Cuál es la importancia de los chips cuánticos y cómo trabajan

La tecnología de los chips avanza exponencialmente, duplicando su  rendimiento cada 18-24 meses aproximadamente según la Ley de Moore. Esa es la razón por la que el teléfono que llevas en el bolsillo ofrece más potencia que la combinación de todas las computadoras de la NASA de la década de los 60. Hasta ahora la Ley de Moore pretende hacer chips cada vez más pequeños, pero pronto esa tendencia podría llevar a transistores no mucho más grandes que un átomo. Y esa es la extensión en la que los efectos cuánticos podrían llegar a ser importantes, por lo que los chips cuánticos podrían ser  el siguiente paso.

Pero la informática cuántica es mucho más que atiborrar con pequeños, rápidos chips dentro de un pequeño recipiente. De hecho es algo es totalmente diferente de la informática “tradicional”. Y para algunas aplicaciones tiene un rendimiento más que inmejorable, como en seguridad, detección con precisión o sistemas de simulación.

Ordenadores cuánticos y simuladores cuánticos.

Los ordenadores convencionales interpretan cálculos usando partes de información denominadas bits, donde los componentes sólo pueden estar completamente “llenos” o “vacíos” (por ejemplo con los valores 0 y 1). Por el contrario, los ordenadores cuánticos usan “bits cuánticos” o qubits, donde los elementos pueden estar simultáneamente “on” y “off” gracias al fenómeno de la superposición cuántica. […]

Poniendo unos pocos qubits juntos, tendrías un “registro” que puede representar simultáneamente muchos números. En un “procesador cuántico” un componente simple puede realizar varios cálculos separados de forma simultánea, mientras que un ordenador tradicional necesitaría procesadores distintos cada uno trabajando de forma independiente en diferentes partes. Esta habilidad de multitarea tiene un decisivo impacto en el rendimiento, renderizando previamente posibles tareas, un ejemplo sería la factorización de números grandes, tan importante en la criptografía.

En principio sabemos cómo construir ordenadores cuánticos: […] lo más duro es conseguir gestionar las interacciones. Afortunadamente, la tecnología para controlar los sistemas cuánticos avanza rápidamente

De hecho no necesitamos una computadora cuántica “completa” para comenzar a ver los beneficios. Incluso el menor dispositivo completo como puede ser un “simulador cuántico” podría procesar información mucho más rápido. Los simuladores cuánticos son un sistema en el que las interacciones entre qubits pueden ser controladas/gestionadas para simular eficientemente otro sistema más completo. No es algo que se pueda hacer con la tecnología tradicional. Y hay otras muchas aplicaciones, desde el estudio de las propiedades microscópicas de materiales hasta la descripción de componentes y reacciones químicos; desde pruebas físicas con partículas fundamentales hasta encontrar la temperatura máxima de los superconductores.

Comunicaciones más seguras

Recientes noticias han captado la atención de todos sobre la seguridad de las comunicaciones electrónicas. Y la criptografía cuántica podría proporcionar la solución. Imagina que Alicia quiere comunicarse de forma segura con Bob. Usando la criptografía tradicional, siempre existe el riesgo de que el  fisgón de Eve descifre la clave y escuche a hurtadillas, especialmente si Eve posee tecnología más avanzada que Alicia y Bob, o aproveche la “puerta trasera”.

Pero si utilizas protocolos de encriptación cuánticos y una clave de distribución cuántica, eso podría llegar a ser imposible; las leyes de la física cuántica aseguran que cualquier intento de interceptar los datos, cambiaría los datos haciendo el mensaje inteligible para Eve, e incluso alertando a Alicia y Bob del intento de intrusión. La “clave” transmitida es al azar y sólo validada en el momento del envío, haciendo el mensaje encriptado imposible de desencriptar o romper incluso si inviertes años intentando descifrar la clave. La combinación de métodos cuánticos y tradicionales ofrece un alcance radicalmente nuevo en la seguridad en internet, con protección confidencial y que son en esencia absolutas y permanentes.

Hasta la fecha, la criptografía cuántica ha necesitado que Alicia y Bob tengan componentes extremadamente caros. Pero con el tiempo, la comercialización accesible de los componentes llegará a estar integrada de forma transparente y simple en las redes existentes. Podría ser muy apropiado para usuarios de alta demanda como bancos o gobiernos. Mientras, el público general podría utilizar soluciones más prácticas y compactas tales como tecnología encriptada para la vivienda en servidores centrales y acceder a ellos a través de de redes de fibra de banda ancha.

La tecnología cuántica ayuda a la salud

Nuestra sociedad es cada vez más vieja, con personas sufriendo cada vez más enfermedades degenerativas. La detección y diagnósis temprana puede significar intervenciones mejores y más eficientes, una vida más sana. Y al mismo tiempo, ampliar nuestros conocimientos del complejo trabajo de los órganos internos como el del cerebro que puede ayudarnos a entender mejor cómo se originan y desarrollan ciertas enfermedades.

De nuevo,  la tecnología cuántica puede ayudar, incluso con sensores cuánticos mucho más efectivos. Por ejemplo, para comprender el cerebro humano y beneficiarse de las revelaciones acerca del proceso de la información, en la práctica necesitas comprender y medir cómo sus componentes neurales operan en red. Las técnicas actuales no pueden ofrecer el nivel de detalle que se requiere, por ejemplo hasta el nivel de una célula del cerebro o neurona. Los sensores cuánticos operando a escala de átomos podrían tener sensibilidad de milisegundos y micras (milésima parte de un milímetro): suficiente para proporcionar nuevas revelaciones.

En último término esto podría resultar en mejores datos.

[…]

¿Dónde nos lleva todo esto?

Todas estas innovaciones cuánticas tendrán un alto impacto en la tecnología y la sociedad. […]. Muchos de esos beneficios serán indirectos y no previsibles al comienzo de la misión. El hecho es que no sabemos exactamente qué descubriremos cuanto más desvelemos sobre el misterio cuántico. Pero una cosa es clara: cuando exploras los límites de lo que es posible, haces descubrimientos disruptivos, increíbles por el camino.

Fuente

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