A principios de julio Google anunció que ampliará sus servicios de computación en la nube disponibles comercialmente para incluir la computación cuántica. IBM ofrece un servicio similar desde mayo. Estos no son servicios que la mayoría de las personas comunes tendrán todavía muchas razones para usar. Pero hacer que las computadoras cuánticas sean más accesibles ayudará al gobierno, Los grupos de investigación académicos y corporativos de todo el mundo continúan su estudio de las capacidades de la computación cuántica.

Comprender cómo funcionan estos sistemas requiere explorar un área de la física diferente a la que la mayoría de la gente conoce. De la experiencia cotidiana estamos familiarizados con lo que los físicos llaman "mecánica clásica, "que gobierna la mayor parte del mundo que podemos ver con nuestros propios ojos, como lo que sucede cuando un automóvil choca contra un edificio, qué camino toma una pelota cuando se lanza y por qué es difícil arrastrar una hielera por una playa de arena.

Mecánica cuántica, sin embargo, describe el reino subatómico:el comportamiento de los protones, electrones y fotones. Las leyes de la mecánica cuántica son muy diferentes de las de la mecánica clásica y pueden conducir a algunos resultados inesperados y contrarios a la intuición. como la idea de que un objeto puede tener masa negativa.

Físicos de todo el mundo, en el gobierno, Grupos de investigación académicos y corporativos:continúan explorando implementaciones de tecnologías en el mundo real basadas en la mecánica cuántica. Y los informáticos incluyéndome a mí, buscan comprender cómo se pueden utilizar estas tecnologías para promover la informática y la criptografía.

Una breve introducción a la física cuántica

En nuestras vidas normales estamos acostumbrados a que las cosas existan en un estado bien definido:una bombilla está encendida o apagada, por ejemplo. Pero en el mundo cuántico los objetos pueden existir en lo que se llama una superposición de estados:una bombilla hipotética de nivel atómico podría estar encendida y apagada simultáneamente. Esta extraña característica tiene importantes ramificaciones para la informática.

La unidad de información más pequeña en mecánica clásica - y, por lo tanto, computadoras clásicas - es el bit, que puede contener un valor de 0 o 1, pero nunca ambos al mismo tiempo. Como resultado, cada bit puede contener solo una pieza de información. Tales bits que se puede representar como impulsos eléctricos, cambios en los campos magnéticos, o incluso un interruptor físico de encendido y apagado, forman la base para todos los cálculos, almacenamiento y comunicación en las computadoras y las redes de información actuales.

Los qubits (bits cuánticos) son el equivalente cuántico de los bits clásicos. Una diferencia fundamental es que, debido a la superposición, Los qubits pueden contener simultáneamente valores de 0 y 1. Las realizaciones físicas de los qubits deben ser inherentemente a una escala atómica:por ejemplo, en el espín de un electrón o en la polarización de un fotón.

Computación con qubits

Otra diferencia es que los bits clásicos se pueden operar independientemente unos de otros:voltear un bit en una ubicación no tiene ningún efecto sobre los bits en otras ubicaciones. Qubits, sin embargo, se pueden configurar utilizando una propiedad de la mecánica cuántica llamada entrelazamiento para que sean dependientes entre sí, incluso cuando están muy separados. Esto significa que las operaciones realizadas en un qubit por una computadora cuántica pueden afectar a varios otros qubits simultáneamente. Esta propiedad, similar a, pero no lo mismo que, procesamiento paralelo:puede hacer que la computación cuántica sea mucho más rápida que en los sistemas clásicos.

Computadoras cuánticas a gran escala, es decir, Computadoras cuánticas con cientos de qubits:aún no existen, y son difíciles de construir porque requieren que las operaciones y las mediciones se realicen a escala atómica. La computadora cuántica de IBM, por ejemplo, actualmente tiene 16 qubits, y Google promete una computadora cuántica de 49 qubits, lo que sería un avance asombroso, para fin de año. (A diferencia de, las computadoras portátiles tienen actualmente varios gigabytes de RAM, siendo un gigabyte ocho mil millones de bits clásicos).

Una poderosa herramienta

A pesar de la dificultad de construir computadoras cuánticas que funcionen, los teóricos continúan explorando su potencial. En 1994, Peter Shor demostró que las computadoras cuánticas pueden resolver rápidamente los complicados problemas matemáticos que subyacen a todos los sistemas de criptografía de clave pública de uso común. como los que proporcionan conexiones seguras para navegadores web. Una computadora cuántica a gran escala comprometería por completo la seguridad de Internet tal como la conocemos. Los criptógrafos están explorando activamente nuevos enfoques de clave pública que serían "resistentes a los "al menos hasta donde ellos saben actualmente.

Curiosamente, las leyes de la mecánica cuántica también se pueden utilizar para diseñar criptosistemas que son, en algunos sentidos, más seguro que sus análogos clásicos. Por ejemplo, La distribución de claves cuánticas permite que dos partes compartan un secreto que ningún intruso puede recuperar utilizando computadoras clásicas o cuánticas. Esos sistemas, y otros basados ​​en computadoras cuánticas, pueden resultar útiles en el futuro, ya sea ampliamente o en aplicaciones más específicas. Pero un desafío clave es lograr que trabajen en el mundo real, y a grandes distancias.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.