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Qué es y cómo funciona un ordenador cuántico

En 20/04/2022
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El saber cómo funciona un ordenador cuántico es importante para todo aquel que se interesa por la informática y los sistemas en la actualidad. Esta es una nueva disciplina de estudio que se ha constituido en los últimos años dentro de los sistemas y la informática.

De esta forma, se constituye una computación que, a diferencia de la tradicional, se basa en el qubit como componente primordial de almacenamiento. Esta constituye una tendencia tecnológica de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico.

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Ante su innovadora concepción y revolucionaria funcionalidad, hoy el objetivo será adentrarnos en su mundo para comprender un poco más de este paradigma computacional.

Cómo funciona un ordenador cuántico, revolución tecnológica

Actualmente, la comprensión de cómo funciona un ordenador cuántico empieza por la relación de elementos de la informática teórica y la mecánica cuántica, combinación que da paso a una computación avanzada.

Es interesante entender como el conocimiento de la física ha permitido el desarrollo de computadores con gran potencia de procesamiento en base a su capacidad para generar y manipular bits cuánticos.

Un paseo breve por la historia de la computación cuántica

A lo largo de los últimos 50 años, las computadoras han ido duplicando su
velocidad cada dos años, al tiempo que el tamaño de sus componentes se
reducía a la mitad. Para conocer brevemente la cronología de esta rama los sistemas informáticos, podemos resumir su historia de la siguiente manera:

  • 1981, Surgen las primeras ideas de la mecánica cuántica en ordenadores tradicionales.
  • 1981 – 1982, Se dan charlas destacadas sobre cálculos computacionales por medio de fenómenos cuánticos.
  • 1985, Se describe el primer computador cuántico universal.
  • 1993, Se estudia la comparación del modelo de probabilidad clásica con el modelo cuántico; mismo año en el que se descubre el teletransporte cuántico.
  • 1994 – 1995, se define el algoritmo para calcular los factores primos de números a una velocidad mucho mayor que en cualquier computador tradicional.
  • 1996 – 1997, se desarrolla el algoritmo de búsqueda de datos; siendo además los años donde se dio exitosamente el primer experimento de comunicación segura usando criptografía cuántica.
  • 1998-1999, se propaga el primer qubit a través de una solución de aminoácidos.

Avances desde el nuevo milenio

  • 2000 – 2001, se crea un computador cuántico de 5 qubits y luego se desarrolla otro de 7 qubits para ejecutar por primera vez el algoritmo de Shor.
  • 2005 – 2008, años en el que se crea el primer qbyte, se mejora el control sobre el cuanto, se presenta la primera computadora cuántica comercial, aparece el primer bus cuántico y se almacena por primera vez un qubit en el interior del núcleo de un átomo de fósforo.
  • 2009 – 2019, década revolucionaria donde se crea el primer procesador cuántico de estado sólido, se vende la primera computadora cuántica comercial, y se dan avances considerables en la tecnología (chips cuánticos, procesadores, entre otros).
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En resumidas cuentas, parece que el empuje es fuerte y que la computación cuántica pasará a ser la tecnología predominante entre los sistemas a mediano y largo plazo.

Principios fundamentales de los ordenadores cuánticos

Los sistemas cuánticos están fundamentados en las propiedades de la interacción entre las partículas subatómicas, como la superposición simultanea
de dos estados en una sola partícula.

Estas propiedades, aprovechada para el desarrollo teórico de algoritmos cuánticos, posibilitan una capacidad inmensa de procesamiento. Ello, permite la superposición para mantener múltiples estados en un bit (0 y 1 a la vez).

Arquitectura de los ordenadores cuánticos

La arquitectura de un ordenador cuántico es similar a la de los ordenadores tradicionales, con ciertos elementos característicos de su tipología. Su arquitectura concibe a los siguientes elementos:

  • ALU cuántica, al cual tiene como funciones fundamentales la ejecución de operaciones cuánticas y la corrección de errores.
  • Memoria cuántica, unidad especializada que actualiza periódicamente los qubits lógicos individuales, ejecutando algoritmos de detección y corrección de errores.
  • Tele transportadora de código, añade alguna funcionalidad adicional a la teletransportación cuántica convencional, proveyendo un mecanismo general para simultáneamente ejecutar operaciones mientras transporta los datos cuánticos.
  • Planificador dinámico, procesador ejecuta un algoritmo de planificación dinámico que toma operaciones cuánticas lógicas, intercaladas con construcciones clásicas de control de flujo, y dinámicamente las traduce en operaciones individuales de qubits físicos.

La evolución tecnológica tiene tendencia a los sistemas cuánticos, son los cambios en los componentes fundamentales de los ordenadores lo que redefinen muchos elementos de la computación actual, la arquitectura, los algoritmos, y los componentes de hardware.

La computación cuántica y su diversidad de aplicaciones

Al conocer cómo funciona un ordenador cuántico, se visualizan áreas en donde se puede aprovechar su potencia y rendimiento. Su superioridad de procesamiento frente a la computación elemental da paso a:

  • Procesamiento de grandes series de datos, gracias a su sistema capaz de manejar grandes volúmenes de datos, descubrir patrones y detectar anomalías rápidamente.
  • Resolución ágil de problemas complejos a través de la realización de cálculos simultáneos a partir de datos de entrada múltiples.
  • Conocimiento de negocios y modelos empresariales mejorados con el modelaje de situaciones para acelerar procesos.
  • Integración de series de datos para la resolución y análisis que ayudarán a aclarar problemáticas que anteriormente era dificultosas.

Se espera que el valor de mercado de la computación cuántica se sitúe en torno a los 2.200 millones de dólares en 2026. Para entonces, se calcula que habrá un total de alrededor de 180 ordenadores cuánticos.

Su llegada a la sociedad se prevé que sea abrumadora, los expertos en el área coinciden en que el futuro exitoso de los ordenadores de este tipo es imparable.

La computación cuántica, la tecnología del mañana

Las grandes tecnológicas llevan años investigando cómo funciona un ordenador cuántico, esto por la realidad a la que se enfrentan por el gran volumen de datos disponibles en el mundo.

Se espera que la computación cuántica establezca nuevos estándares sobre cómo se calculan y procesan los datos, afectando significativamente a la sociedad.

Es ahora cuando todos debemos ponernos al día con esta tendencia tecnológica para que logremos comprender más de los registros y problemas que enfrentamos en la actualidad.

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