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Ya están en el mercado las computadoras cuánticas

Ciencia y Tecnología

¿Qué es una computadora cuántica?

Es un nuevo y revolucionario modelo de ordenadores informáticos en desarrollo, cuyo funcionamiento depende de cubits en vez de bits. Conocer la diferencia entre uno y otro es la clave para poder entender el significado de la computación cuántica.


El bit es un “dígito binario” que constituye el elemento informático más pequeño codificado como un estado y que solo puede tener dos valores, generalmente representados como 0 o 1. El bit es el factor determinante de la computación clásica, gracias al cual podemos representar cualquier tipo información simple o compleja y hacerla accesible a través de nuestros ordenadores. Desde el punto de la física, el bit, es una señal eléctrica que provee de energía a los circuitos de la tarjeta principal de un ordenador. La característica más particular del bit es que solo puede representar un estado: 0 o 1; encendido o apagado, pero no puede representar el 0 y el 1 a la vez; o el encendido y el apagado al mismo tiempo. Es decir, un bit es un estado entre dos alternativas.


El cubit en cambio, es la unidad de medida de la computación cuántica y posee dos estados propios. El bit cuántico está hecho de partículas subatómicas, como fotones o electrones y puede representar dos o más estados al mismo tiempo: 0, 1 y 0 y 1. Es una de las más prometedoras aplicaciones prácticas de la denominada física cuántica o mecánica cuántica; cuyo desarrollo en el mediano y largo plazo, significará un avance trascendental para la ciencia en todas sus dimensiones.



La mecánica cuántica es la ciencia que se encarga del estudio de la materia en sus dimensiones más pequeñas tales como las partículas, átomos electrones y fotones. El tema central de la física cuántica como disciplina científica es que todo cuanto existe se encuentra integrado por átomos y estos a su vez contienen un núcleo rodeado de electrones que se mantienen girando a su alrededor.


La física cuántica existe porque las leyes que rigen el comportamiento de la materia, varían según su escala. Lo anterior significa que cuando la materia se expresa en sus dimensiones más pequeñas, (átomos, fotones, electrones) no puede ser estudiada a través de las leyes de la física clásica, debiéndose acudir en consecuencia a la física o mecánica cuántica. El primero en acuñar el concepto de lo cuántico fue el físico alemán Max Planck (1858-1947) en el año 1900 para referirse a ciertos giros que experimenta la energía al recibir radiación o expulsarla. Esos giros o saltos fueron denominados por Planck como “cuantos”. Desde hace mucho tiempo la física cuántica viene teniendo importante aplicación práctica. Por ejemplo los transistores, los teléfonos celulares y otros artefactos tecnológicos de uso masivo se fundamentan en esta rama de la ciencia.

Max Planck Sin embargo, en la actualidad, es la computación cuántica, el nuevo paradigma que nos conducirá a ampliar los horizontes de la aplicabilidad de la física cuántica, a través de la utilización efectiva del cubit.


El elemento característico de un cubit es su estado cuántico asociado al giro o salto de un electrón; a diferencia del bit, que se caracteriza por el valor de voltaje utilizado para la configuración del registro binario. Dicho de otro modo, la computadora clásica utiliza el voltaje para el funcionamiento de su código binario. En cambio, el computador cuántico, utiliza los giros cuánticos de los electrones.

Uno de los retos más desafiantes para el desarrollo de las computadoras cuánticas es el aprovechamiento de los dos fenómenos más raros y difíciles de comprender dentro de la mecánica cuántica: el entrelazamiento y la superposición. Se denomina entrelazamiento al fenómeno cuántico en el que dos o más sistemas físicos deben ser observados como un único estado, aunque dichos sistemas estén separados. La superposición “ocurre cuando un objeto «posee simultáneamente» dos o más valores de una cantidad observable”. Estos fenómenos no tienen explicación en la física clásica o tradicional. Aplicar esos recursos cuánticos en la eficientización y mejora de los ordenadores que habrán de usar los ciudadanos comunes en las próximas décadas es el gran reto.


Los ordenadores cuánticos, aunque existen en la actualidad como prototipos, aun son una promesa como recursos informáticos de utilización popular. Esa promesa se proyecta para hacerse realidad por lo menos dentro de una década. La lucha por la “supremacía cuántica” ha desatado una competencia feroz entre gobiernos y grandes empresas de la telecomunicación.


Google parece haber sacado un paso adelante, ya que el 23 de octubre del 2019 publicó oficialmente que había logrado realizar en tres minutos y 20 segundos, un cálculo matemático tan grande que una supercomputadora tradicional habría durado al menos 10,000 años en completar, según informó la propia compañía, que sostiene contar con una computadora cuántica de 72 cubits.

Computadora cuántica de Google de 72 cubits

Ya IBM a finales de 2017 había hecho público su IBM Q, con una capacidad de 20 cubits, convirtiéndose en la primera computadora cuántica utilizable por los ciudadanos comunes. En el último trimestre del 2019, esta misma empresa informó que ya había logrado construir un ordenador de 53 cubits.

Una de las empresas que avanza a pasos firmes por la supremacía cuántica es Intel. En el 2018 presentó el “Tangle Lake en CES” un ordenador de 49 cubits. Esta empresa también hizo público el desarrollo de un chip para almacenar cubits.

Los prototipos de ordenadores cuánticos originarios, no cuentan con chips para ordenar los cubits, sino que su funcionamiento está vinculado a un sistema de cableado que conecta cada cubits de manera individual a un sistema externo; este chip constituye la innovación necesaria para sustituir el sistema de cables, resultando un paso importante en el proceso que habrá de conducir a una sociedad global basada en la computación cuántica, por dos razones:

a. Es una solución, por lo menos parcial a un problema importante relacionado con el estado de temperatura en el que deben mantenerse los cubits; a 273,15 grados bajo cero. Los cables dificultan grandemente esta tarea.

b. El chip incrementa la esperanza de que en un futuro se puedan crear ordenadores más eficientes y en formatos minimalistas que puedan ser utilizados masivamente por la población en general, lo que hasta ahora resulta un gran reto.



Alibabá, el gigante chino de comercio electrónico, también se encuentra en la competencia por la “supremacía cuántica”. Esta empresa se ha unido a la Academia de Ciencia China en una investigación cuyo objetivo es llegar a utilizar la computación cuántica en la seguridad del comercio en linea. Como resultado de sus indagatorias ya la empresa ha colocado “un nube cuántica de 11 cubits”. Alibabá ofrece en su portal de negocios en linea una gran cantidad de ordenadores portátiles con tecnología cuántica, pero en términos de capacidad y sofisticación tecnológica, son artefactos que a penas representan una ilustración incipiente de lo que habrá de venir en las próximas décadas.

Microsoft, si bien no se encuentra a la vanguardia, actualmente tiene a disposición de sus usuarios computación cuántica simulada con equivalencia a unos 30 cubits en ordenadores personales y desde el 2017 viene promoviendo un set cuántico en el que ofrece simulación de computación cuántica equivalente a 30 cubits de potencia en computadoras personales y 40 cubits de potencia usando Azure. La compañía también anunció en diciembre de 2017 el lanzamiento de un kit de desarrollo cuántico y un lenguaje de programación Q#, integrado en función de una perspectiva cuántica.


Las grandes potencias con particulares intereses geopolíticos no ignoran la importancia estratégica de la computación cuántica, sobre todo para cuestiones de seguridad nacional. China y Estados Unidos están invirtiendo cada quien por por su lado 400 y 1200 millones de dólares respectivamente en este tipo de investigaciones. Hasta el momento los chinos llevan la delantera en el registro de patentes cuánticas.


Los anteriores son los ejemplos más notables de la actual competencia por la supremacía cuántica, pero no los únicos, ya que decenas de entidades tanto públicas como privadas actualmente se encuentran desarrollando este tipo de proyectos de investigación.


Para qué nos servirán los ordenadores cuánticos?

Es difícil de predecirlo porque a penas nos encontramos en la fase embrionaria del desarrollo de este tipo de tecnología, pero las principales aplicaciones prácticas que actualmente guían la intensa competencia por la supremacía cuántica son:

a) Simulación de sistemas cuánticos, como materiales, moléculas y macromoléculas.

b) Optimización cuántica, aplicable por ejemplo al campo logístico y financiero, entre otros.

c) Física estocástica. Este tipo de aplicación tiene por objeto la simulación aleatoria de procesos. Los esfuerzos de Google van en esa dirección.


Riesgos de la computación cuántica. El principal problema a que se enfrenta la humanidad con los computadores cuánticos es en el campo de la criptografía, es decir en lo que tiene que ver con la seguridad. Se supone que un ordenador cuántico podrá descifrar cualquier clave de seguridad y este no es un tema menor desde cualquier punto de vista. Es por ello que los investigadores del ramo ya se están ocupando del tema de la seguridad con la finalidad de desarrollar soluciones que lleven a la obtención de sistemas de contraseñas que sean resistente a los computadores cuánticos.


En definitiva, así como las computadoras tradicionales cambiaron la vida de la humanidad para siempre, los ordenadores cuánticos serán la próxima revolución tecnológica para bien y para mal.

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