Las computadoras cuánticas son máquinas de aspecto extraño
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Imagínese una computadora cuántica. ¿Estás imaginando una computadora común y corriente, pero de alguna manera simplemente mejor? Si es así, sería un error, porque las computadoras cuánticas son fundamentalmente diferentes. Se basan en fenómenos cuánticos exóticos que ocurren entre sus partes constituyentes, conocidos como qubits, pero su extraña naturaleza a menudo invita a mitos y conceptos erróneos. El experto en computación cuántica Shayan Majidy de la Universidad de Harvard, autor principal de Building Quantum Computers, está aquí para ponerlo al día.
1. Las computadoras cuánticas ya existen
Estaba en un vuelo y otro pasajero me preguntó: “¿Cuándo tendremos realmente computadoras cuánticas?” ¡Pero existen y los usamos a diario! Científicos de todo el mundo los están utilizando, y algunas empresas incluso los han puesto a disposición del público para que las personas que se sientan en sus hogares puedan tener acceso a computadoras cuánticas y utilizarlas.
Dicho esto, las computadoras cuánticas aún no se parecen a algo así como los modelos de lenguajes grandes, en los que simplemente abres tu computadora portátil y la usas todo el tiempo. Son dispositivos aún más especializados y existe un espectro en cómo las personas los utilizan. Los experimentadores que trabajan para mejorar las computadoras cuánticas trabajan en ellas todos los días. De hecho, muchos investigadores están utilizando computadoras cuánticas para construir los componentes básicos de futuras computadoras cuánticas a gran escala. O los estamos usando para sondear cuestiones científicas muy fundamentales.
Estamos en la cima de una ola que demuestra cómo utilizar las computadoras cuánticas para cosas que las computadoras convencionales no pueden hacer. No me sorprendería que dentro de cinco o diez años sea mentor de estudiantes que acceden habitualmente a computadoras cuánticas a través de la nube, siempre realizando algún experimento como ese.
2. Las computadoras cuánticas no facilitarán todos los cálculos
La idea errónea aquí es que las computadoras cuánticas simplemente serán mejores y más rápidas, y harán que las computadoras clásicas queden obsoletas. Pero las computadoras cuánticas no son genéricamente más rápidas; en cambio, me gusta describirlas como con capacidades diferentes. Esto significa que ofrecen aceleraciones significativas sólo para problemas muy específicos.
Dos ejemplos famosos de este tipo de problemas son la factorización de números grandes más rápido que cualquier algoritmo clásico conocido, lo cual es importante para romper el cifrado y también para realizar búsquedas más rápidas en datos no estructurados. Además, existen problemas como la simulación de sistemas cuánticos, tareas de muestreo, ciertos problemas de optimización y algunos problemas de álgebra lineal bajo supuestos muy específicos.
Entonces, la ventaja de las computadoras cuánticas no proviene de la velocidad bruta, sino de algoritmos cuánticos diseñados de manera muy quirúrgica. Estos algoritmos explotan la superposición, la interferencia, el entrelazamiento, todos estos efectos inherentemente cuánticos, y su uso resulta adecuado para una clase muy limitada de problemas.
Pero fuera de estos casos, prácticamente para cualquier cosa como navegar por la web, enviar mensajes de texto o jugar, una computadora cuántica no ofrece ninguna ventaja más allá de lo que puede hacer una computadora portátil. Hay una clase de problemas que creemos que son cuánticamente fáciles y clásicamente difíciles, y estos son los problemas que nos gustaría resolver con una computadora cuántica. Los que son clásicamente fáciles, ya lo son clásicamente fáciles, así que no usemos nuestras computadoras cuánticas en ellos, sería una enorme pérdida de tiempo y recursos.
3. Una computadora cuántica no equivale a muchas computadoras clásicas funcionando simultáneamente
Encuentro que la gente a menudo tiene en mente la idea de que las computadoras cuánticas intentan todos los cálculos a la vez, porque sus qubits se pueden poner en estados de superposición especiales, y es por eso que son genéricamente más poderosos. Un estado de superposición significa que un qubit existe en una combinación de cero y uno a la vez. Y también es cierto que si tienes n qubits, su estado cuántico se describirá mediante un número exponencial de opciones, o 2n. Pero el mito del paralelismo infinito se derrumba porque en realidad no se puede leer esa información. En realidad, no se pueden leer exponencialmente muchas respuestas. En el momento en que vas y mides el estado de los qubits, se colapsa en un valor único, ordinario y clásico.
Entonces, la verdadera historia es mucho más sutil. La computadora cuántica puede dar muchas respuestas y diseñamos algoritmos para amplificar las correctas y suprimir las incorrectas. Los algoritmos realmente buenos toman todas estas opciones superpuestas y hacen que cuando se produzca la medición final, la respuesta correcta sea la que surja.
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