Según la Amazon Web Server (AWS) por sus siglas en inglés,” La computación cuántica es un campo multidisciplinario, que reúne aspectos de las ciencias de computación, física y matemáticas, la cual utiliza mecánicas cuánticas para resolver problemas complejos mucho más rápido que las computadoras clásicas. El campo de la computación cuántica incluye investigación de hardware y desarrollo de aplicaciones. Las computadoras cuánticas son capaces de resolver ciertos tipos de problemas más rápido que las computadoras clásicas, ya que sacan partido de los efectos de la mecánica cuántica, como la superposición y la interferencia cuántica. Algunas aplicaciones en las que las computadoras cuánticas pueden brindar dicho impulso de velocidad son el Machine Learning (ML), la optimización y la simulación de sistemas físicos. Entre los casos de uso eventuales se incluyen la optimización de la cartera en finanzas o la simulación de sistemas químicos; en definitiva, la solución de problemas que actualmente no pueden abordar ni las supercomputadoras más potentes del mercado.”
Las computadoras cuánticas no tienen como objetivo reemplazar tus computadoras domésticas, sino que su uso es más específico y detallado a ciertos problemas que no son posibles de resolver con la tecnología clásica, aprovechando las leyes de la mecánica cuántica y la exponencialidad de los QBITS. Su uso más ejemplar se encuentra en la simulación cuántica. Una computadora cuántica la cual sea desarrollada para operar bajo las leyes cuánticas, puede simular de manera nativa y con una precisión sin precedentes.
Esto tiene una aplicación directa en la creación de nuevos fármacos al simular, con gran precisión, la interacción de las moléculas con las proteínas del cuerpo humano. Por otro lado sirve para la creación de materiales con propiedades específicas, tal como pueden ser nuevos catalizadores para la optimización de procesos con en industrias clave, como la producción de fertilizantes o superconductores, entre otras industrias.
Por otro lado, existe su aplicación en la optimización del Machine Learning. Muchos de los problemas en logística, finanzas e ingeniería, son problemas de optimización combinatoria, donde existe una diversidad enorme de soluciones. La superposición de los qubits, permite que los algoritmos cuánticos, como el Algoritmo de Grober exploren, simultáneamente, este vasto paisaje de opciones; traduciéndose en la posibilidad de encontrar la ruta más corta y eficiente, por ejemplo, de vehículos a gran escala. La optimización de complejas carteras de inversión con la mayor precisión en el cálculo de los riesgos o la aceleración en el entrenamiento de los modelos de inteligencia artificial mediante técnicas como el Quantum Machine Learning.
Por último, el uso en la criptografía y ciberseguridad, es uno de los más debatidos. En la actualidad, la seguridad digital depende de sistemas de cifrado, como el usado en los certificados electrónicos como el RSA, basando su fortaleza en que las computadoras comunes les tomaría miles de millones de años factorizar los números primos grandes. Sin embargo, se ha demostrado que el Algoritmo de Shor que una computadora cuántica a gran escala podría romper con esta seguridad. Esto representa una posible amenaza a la seguridad digital y la información como la conocemos, se ha impulsado un campo esencial el cual busca el desarrollo de la tecnología cuántica con la criptografía. Para que los algoritmos de cifrados sean tan seguros tanto con computadoras clásicas como cuánticas. Por ello es importante revisar su doble filo, tanto como una amenaza como una posibilidad de diseñar una mejora e implementación de la seguridad digital.
Según una empresa llamada Axial, uno de los desafíos a superar por parte de las computadoras cuánticas es la siguiente.
“La superposición de partículas subatómicas es tan frágil como equilibrar una moneda en un punto, donde el más mínimo movimiento o interacción del entorno puede llevar a que la moneda caiga en cara o cruz (0 o 1). La teoría de la decoherencia implica revertir un sistema cuántico a un estado clásico a través de interacciones con el entorno, lo que degrada y elimina el comportamiento cuántico de las partículas. Factores como la radiación, la luz, el sonido, las vibraciones, el calor, los campos magnéticos e incluso la medición de un qubit son ejemplos de decoherencia.
La decoherencia conduce a errores en sistemas computacionales cuánticos, donde se pierde información. El entrelazamiento proporciona a los qubits mayor potencia computacional, pero a medida que un sistema de qubits se expande, empieza a interactuar con su entorno, lo que provoca que la decoherencia afecte el estado de superposición y perturbe el procesamiento de la información cuántica.”
Estamos en las etapas iniciales del desarrollo cuántico, por lo que estos desafíos y problemas se verán superados en pocos años y se creará la diversificación de la tecnología, así como el auge exponencial el cual ya se está evidenciando a tempranas horas de su desarrollo.
Fuentes:
https://aws.amazon.com/es/what-is/quantum-computing
https://www.ibm.com/es-es/think/topics/qubit
Camilo Durán
Centro de Seguridad Informática y Certificación Electrónica
