Ya están aquí … «Las computadoras cuánticas»

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La computación cuántica es una nueva forma de procesar información que permite resolver problemas imposibles de solucionar por la computación actual.

Es el siguiente paso de la Inteligencia artificial y hay quien dice que está mucho más cerca de lo que podamos imaginar. Ahora bien ¿de qué estamos hablando realmente?

«Los principios de la mecánica cuántica»: encendido y apagado, el ordenador cuántico

La computadora cuántica es aquella computadora que es capaz de procesar todas las posibles respuestas a un problema a la vez, y esto es viable porque puede estar en varios estados de forma simultánea.

Los ordenadores convencionales resumen toda la información que procesan a un lenguaje binario, es decir, solo utilizan dos estados para los datos: 0 ó 1 (encendido o apagado).

Los ordenadores cuánticos, sin embargo, pueden utilizar el estado 0 ó 1, o ambos al mismo tiempo.

¿Esto que quiere decir?

En otras palabras, los ordenadores cuánticos prueban de forma simultánea todas las posibilidades que existen para encontrar la solución concreta a un problema (superposición), mientras que las computadoras convencionales prueban estas posibilidades de una forma ordenada, una detrás de la otra.

Los bits y los qubits o quantum bit

Los bits y los qubits son las unidades de procesamiento que nos permiten medir la potencia de los ordenadores.

Un bit cuántico o qubit (computación cuántica) es capaz de procesar mucha más información que un bit (computación clásica), de tal manera que tareas que un ordenador actual tardaría en procesar años, un ordenador cuántico podría hacerlo en segundos.

Vamos más despacio …

Los ordenadores, tal y como hoy los conocemos, procesan la información a través de los bits y los transistores.

Los transistores son los encargados de almacenar la información y definir que operaciones son capaces de realizar las computadoras.

Los bits, por su parte, miden y codifican la información procesada en un ordenador, y adopta el valor 0 ó 1. Varios bits combinados entre sí dan origen a otras unidades como los byte, giga o tera.

En un sistema de dos bits, solo es posible almacenar una de las cuatro combinaciones siguientes: {00}, {0,1}, {1,0} ó {1,1}. Cada una de estas cuatro combinaciones nos permitirá representar valores diferentes: palabras, imágenes, etc.

Por ejemplo, una imagen de 1 bit solo tiene dos valores blanco o negro, mientras que una imagen de 8 bits puede presentar 256 colores diferentes, dadas las combinaciones de 0 y 1 posibles.

Por su parte la computación cuántica, tal y como veíamos en el punto anterior, utiliza los qubits para almacenar la información. Existen diferentes elementos físicos que pueden utilizarse como qubits: átomos, iones, fotones o electrones.

Estos elementos físicos se rigen por la física cuántica, pudiendo almacenar valores 0, 1 ó 0 y 1 a la vez. Esto es lo que se conoce como superposición cuántica.

La combinación de varios qubits nos daría como resultado los estados entrelazados, que se comportan como unidades conectadas incluso en la distancia, de tal forma que una medida nos daría información de ambos.

Por tanto, en un sistema de 2 qubits se obtendría el doble de almacenamiento que en un sistema de 2 bits, ya que almacenaríamos 4 dígitos de forma simultánea ya que cada uno representa dos valores.

Sin embargo existe un problema y es que un qubit se encuentra en todos sus estados posibles hasta que midamos su estado en un momento determinado en busca de algún resultado. Es decir, la solución es uno de los estados posibles, perdiéndose el resto de la información. Esto es lo que se ha llamado decoherencia.

La paradoja de Schrödinger: el gato

Entender la superposición de estados y la decoherencia es más sencillo si nos detenemos en la paradoja más famosa de la física cuántica : el gato de Schrödinger.

Vamos a imaginar un gato dentro de una caja opaca. En su interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a un martillo y debajo del martillo, un envase de cristal con una dosis de veneno letal para el gato.

En el caso de que el detector capte un electrón se activaría el mecanismo y el martillo rompería el envase, como consecuencia el veneno se extendería y el gato moriría.

También es posible que el electrón no sea captado por el detector, en cuyo caso el mecanismo no se activaría y el gato seguirá vivo.

Pase lo que pase, la única certeza que tenemos es que al finalizar el experimento el gato estará vivo o muerto, existiendo un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra.

Solo abriendo la caja averiguaremos qué le ha ocurrido al gato, pero mientras tanto estará «vivo y muerto a la vez».

La ciberseguridad y la computación cuántica

Una de las consecuencias de la consolidación de la computación cuántica más inmediatas son los cambios en materia de seguridad que deberán adoptarse en Internet, siendo la criptografía una de las mayores afectadas, puesto que los métodos hasta ahora existentes serán fácilmente descifrables por estos ordenadores.

Por tanto, aunque no podemos afirmar que la aplicación de la mecánica cuántica a la informática vaya a desaparecer la seguridad en Internet, sí que estamos ya en condiciones de afirmar que muchos de los métodos que actualmente se utilizan para conseguir que el medio digital sea un medio seguro sí quedarán obsoletos.

La buena noticia es que los nuevos modelos ofrecerán la posibilidad de crear algoritmos de intercambio de información que garantizarán un proceso sin posibilidades de interrupción o escucha. De hecho, en criptografía cuántica un espía nunca pasará desapercibido, puesto que cualquier ataque a un sistema cuántico alteraría el estado de los qubits, lo que facilita la detección de la existencia de un intruso.

Hoy por hoy, no es viable que estos sistemas de criptografía se generalicen, entre otros motivos porque es un tipo de tecnología muy cara, sin embargo ya existen ejemplos de uso de criptografía cuántica en la banca Suiza.

¿Qué es lo que está pasando ahora?

Actualmente existen tres grandes líneas de investigación financiadas por grandes empresas: IBM, Microsoft y Bell Labs y D-Wave y Google.

Concretamente IBM presentaba en mayo de 2017 su nueva línea de computadores cuánticos IBM Q, con un procesador de 16 qubits para uso público y otro de 17 qubits con fines comerciales.

Google, por su parte, se plantea un servicio basado en la nube, de tal manera que las empresas puedan acceder a la potencia que ofrecen los equipos de computación cuántica de Google, si bien aún queda mucho camino que recorrer.

La cuestión es que sea como sea, lo que está claro es que llegados a este punto, lo que planteábamos en el artículo sobre Machine Learning la semana pasada en relación con el aprendizaje automático y el tratamiento de los datos, es muy posible que, tarde o temprano, se quede anticuado, puesto que la computación cuántica avanza y se perfila como una potente herramienta de Business Intelligence.

 

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