¿Qué es un Qubit (y por qué debería importarle)?

Para poder comentarle acerca de un Qubit y por qué debería importarle, primero podemos hacer una comparación: los bits son para los computadores clásicos lo que los qubits (cúbits, en español) son para los computadores cuánticos. Para ser más exactos, los cúbits pueden estar en el estado 1 y 0 simultáneamente hasta el momento de medición de datos. Se espera que esta propiedad mecánica cuántica esencial revolucione las tecnologías informáticas y permita obtener ordenadores cuánticos con un rendimiento millones de veces superior al de los ordenadores clásicos.

Cabe hacerse la pregunta; ¿Qué son con exactitud los cúbits?

Es importante señalar que el futuro de la informática está escrito en cúbits. Detrás de esta palabra se halla la unidad de cálculo básica y más pequeña posible de la computación cuántica, el “bit cuántico”. Cabe acotar que esta unidad es muy diferente del conocido bit de nuestros ordenadores actuales. Los cúbits se definen como sistemas cuánticos de dos estados, lo que quiere decir que pueden asumir dos estados simultáneamente. Forman la base elemental de los ordenadores cuánticos.

Ahora bien, para poder entender cómo funcionan los cúbits, primero hay que comprender 3 principios esenciales de la mecánica cuántica los cuales son:

La superposición se aplica a los sistemas cuánticos que pueden asumir dos estados al mismo tiempo. Esto se puede entender fácilmente mediante el sistema binario: en lugar de 1 o 0, los sistemas cuánticos tienen la capacidad de poder asumir 1 y 0, así como muchos otros estados intermedios de manera simultánea. Pero solo hasta el momento de medir los datos.

Así mismo se encuentra; el entrelazamiento cuántico el cual nombra un fenómeno de la mecánica cuántica que Albert Einstein describió como una “espeluznante acción a distancia”. Se trata de dos o más partículas que se enredan entre sí y crean un sistema global conectado en vez de estados individuales definidos. Si se efectúan cambios en una partícula, éstos tienen efecto en las partículas del sistema conectadas.

El colapso cuántico es el momento en el que los sistemas que estaban en una superposición indefinida “colapsan” a través de la medición u observación. Así, pasan a un estado definido como 1 o 0.

Vale la pena señalar que los cúbits exhiben los 3 principios previos y, por lo tanto, se encuentran en la informática cuántica. También son el motivo por el que gobiernos y empresas como IBM, Google y así mismo, Microsoft tienen grandes esperanzas en los ordenadores cuánticos. Aunque los ordenadores cuánticos prácticos están todavía muy lejos, se espera que los cúbits abran posibilidades inimaginables o inconcebibles para el rendimiento y nuestra comprensión de los ordenadores.

¿Cómo se generan los cúbits?

Para que los cúbits puedan usarse en los ordenadores cuánticos, hay que generarlos. Mientras que los chips de silicio suelen ser usados para procesar los bits clásicos, los ordenadores cuánticos solicitan nuevas tecnologías. Para ello, se cuestionan varios métodos. Por ejemplo, se “atrapan” iones en campos eléctricos magnéticos o se usan fotones, cuasipartículas y átomos artificiales y reales. En el caso de las trampas de iones, hay que señalar que los cúbits también se miden con radiación de microondas. Según se conoce, Google usa chips cuánticos en los que las corrientes que fluyen en un círculo representan cada una un cúbits. También en este caso, los cúbits se miden a través de radiación de microondas.

Es importante señalar que el uso de cúbits en los ordenadores cuánticos no solo brinda un rendimiento mucho mayor. También se necesita nuevo hardware, así como software y nuevos enfoques de programación para poder procesar los cúbits que se leen y almacenan en las redes cuánticas. Al tratarse de sistemas cuánticos muy volátiles, se requieren ordenadores que conecten los bits cuánticos de forma fiable y por millones.

Otro aspecto fundamental de la actual tecnología de ordenadores cuánticos viene siendo la refrigeración apropiada. Como en todos los sistemas informáticos, la generación de cúbits potentes genera calor. Por lo tanto, para un rendimiento verdaderamente óptimo y seguro, los ordenadores cuánticos deben enfriarse cerca de la temperatura cero absoluta (-273,15 grados Celsius).

Esto es lo que debe conocer sobre las posibles áreas de aplicación de los cúbits

Se debe tener presente que pasarán años antes de que los ordenadores cuánticos prácticos se usen en la vida cotidiana. Esto demandará nuevas tecnologías y así mismo, un replanteamiento del funcionamiento de los ordenadores. Según se conoce, cuando llegue ese momento, los cúbits ofrecerán cuantiosas ventajas para diversos fines. Entre ellas se encuentran:

Primero que nada, el comercio electrónico.

La criptografía.

Así como la investigación médica.

Procesamiento, almacenamiento y evaluación de big data y dark data.

Inteligencia Artificial (IA).

Machine learning o aprendizaje automático.

Así mismo, data mining potente y eficaz.

Simulaciones cuánticas.

Creación de modelos financieros complejos.

Tecnologías inteligentes.

Conducción autónoma.

Incluso, la investigación aeroespacial.

El futuro de los cúbits

Si hay algo importante que mencionar es que si se cree a grandes empresas internacionales como lo son; IBM, Google y Microsoft, la llegada de los primeros ordenadores cuánticos prácticos es solo cuestión de tiempo. Inversiones millonarias y empresas dedicadas como Google AI o D-Wave, vienen siendo la prueba de que la computación cuántica es el futuro. El “Eagle” de IBM, con 127 cúbits, es en la actualidad uno de los ordenadores cuánticos más potentes.

Según se informa, harán falta nuevas tecnologías, así como también software y lenguajes de programación antes de que la superioridad total de los ordenadores cuánticos sea evidente.