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La tecnología cuántica se está acercando a la corriente principal. Goldman Sachs anunció recientemente que podría introducir algoritmos cuánticos para cotizar instrumentos financieros en tan solo cinco años. Honeywell prevé que la tecnología cuántica formará una industria de un billón de dólares en las próximas décadas. Pero, ¿por qué firmas como Goldman están dando este salto, especialmente con las computadoras cuánticas comerciales posiblemente a años de distancia?
Para entender lo que está pasando, es útil dar un paso atrás y examinar qué es exactamente lo que hacen las computadoras.
Empecemos con la tecnología digital actual. En esencia, la computadora digital es una máquina aritmética. Hizo que realizar cálculos matemáticos fuera barato y su impacto en la sociedad ha sido inmenso. Los avances tanto en hardware como en software han hecho posible la aplicación de todo tipo de computación a productos y servicios. Los automóviles, lavavajillas y calderas de hoy en día tienen algún tipo de computadora integrada, y eso es incluso antes de que lleguemos a los teléfonos inteligentes e Internet. Sin computadoras nunca habríamos llegado a la luna o puesto satélites en órbita.
Estas computadoras usan señales binarias (los famosos 1 y 0 del código) que se miden en "bits" o bytes. Cuanto más complicado es el código, más potencia de procesamiento se requiere y más tiempo lleva el procesamiento. Lo que esto significa es que a pesar de todos sus avances, desde autos que se conducen solos hasta vencer a los grandes maestros en Chess and Go, quedan tareas con las que los dispositivos informáticos tradicionales luchan, incluso cuando la tarea está dispersa en millones de máquinas.
Un problema particular con el que luchan es una categoría de cálculo llamada combinatoria. Estos cálculos implican encontrar una disposición de elementos que optimice algún objetivo. A medida que crece el número de elementos, el número de arreglos posibles crece exponencialmente. Para encontrar el mejor arreglo, las computadoras digitales de hoy básicamente tienen que iterar a través de cada permutación para encontrar un resultado y luego identificar cuál funciona mejor para lograr el objetivo. En muchos casos, esto puede requerir una enorme cantidad de cálculos (piense en descifrar contraseñas, por ejemplo). El desafío de los cálculos combinatorios, como veremos en un minuto, se aplica en muchos campos importantes, desde finanzas hasta productos farmacéuticos. También es un cuello de botella crítico en la evolución de la IA.
Y aquí es donde entran en juego las computadoras cuánticas. Así como las computadoras clásicas redujeron el costo de la aritmética, la cuántica presenta una reducción de costos similar al cálculo de problemas combinatorios abrumadores.
El valor de Quantum
Las computadoras cuánticas (y el software cuántico) se basan en un modelo completamente diferente de cómo funciona el mundo. En la física clásica, un objeto existe en un estado bien definido. En el mundo de la mecánica cuántica, los objetos solo aparecen en un estado bien definido después de que los observamos. Antes de nuestra observación, los estados de dos objetos y cómo se relacionan son cuestiones de probabilidad. Desde una perspectiva informática, esto significa que los datos se registran y almacenan de una manera diferente: a través de qubits de información no binarios en lugar de bits binarios, lo que refleja la multiplicidad de estados en el mundo cuántico. Esta multiplicidad puede permitir un cálculo más rápido y de menor costo para la aritmética combinatoria.
Si eso suena alucinante, es porque lo es. Incluso los físicos de partículas luchan por entender la mecánica cuántica y las muchas propiedades extraordinarias del mundo subatómico que describe, y este no es el lugar para intentar una explicación completa. Pero lo que podemos decir es que la mecánica cuántica hace un mejor trabajo al explicar muchos aspectos del mundo natural que la física clásica, y se adapta a casi todas las teorías que ha producido la física clásica.
Quantum se traduce, en el mundo de la computación comercial, en máquinas y software que pueden, en principio, hacer muchas de las cosas que pueden hacer las computadoras digitales clásicas y, además, hacer una gran cosa que las computadoras clásicas no pueden: realizar cálculos combinatorios rápidamente. . Como describimos en nuestro artículo, Aplicaciones comerciales de la computación cuántica, será un gran problema en algunos dominios importantes. En algunos casos, ya se sabe que la importancia de la combinatoria es fundamental para el dominio.
A medida que más personas centran su atención en el potencial de la computación cuántica, surgen aplicaciones más allá de la simulación cuántica y el cifrado:
La oportunidad de que la computación cuántica resuelva problemas de combinatoria a gran escala de forma más rápida y económica ha fomentado miles de millones de dólares en inversiones en los últimos años. La mayor oportunidad puede estar en encontrar más aplicaciones nuevas que se beneficien de las soluciones ofrecidas a través de la cuántica. Como dijo el profesor y empresario Alan Aspuru-Guzik, “hay un papel para la imaginación, la intuición y la aventura. Tal vez no se trata de cuántos qubits tenemos; tal vez se trata de cuántos piratas informáticos tenemos”.
