A transformación dixital está cambiando o mundo máis rápido que nunca. Coñecer os conceptos clave da era dixital será aínda máis crítico coa chegada inminente doutra nova onda de tecnoloxía capaz de transformar modelos existentes cunha velocidade e unha potencia sorprendentes: a computación cuántica.
Neste artigo, comparamos os conceptos básicos da computación tradicional e da computación cuántica, e tamén comezamos a explorar a súa aplicación en diferentes áreas.
Cales son as propiedades cuánticas?
Ao longo da historia, os humanos desenvolveron tecnoloxía xa que chegaron a comprender o funcionamento da natureza a través da ciencia. Entre os anos 1900 e 1930, o estudo dalgúns fenómenos físicos aínda non ben entendidos deu lugar a unha nova teoría física: a Mecánica Cuántica. Esta teoría describe e explica o funcionamento do mundo microscópico, o hábitat natural de moléculas, átomos e electróns.
Non só puido explicar estes fenómenos, senón que tamén permitiu comprender que a realidade subatómica funciona dun xeito totalmente contra-intuitivo, case máxico, e que acontecen no mundo microscópico acontecementos que non ocorren no mundo macroscópico.
Estas propiedades cuánticas inclúen a superposición cuántica, o enredo cuántico e a teletransportación cuántica.
- Superposición cuántica describe como unha partícula pode estar en diferentes estados ao mesmo tempo.
- Enredo cuántico describe como dúas partículas poden ser levadas a un estado "enredado" e, despois diso, responden case simultáneamente do mesmo xeito, a pesar da súa distancia física. Noutras palabras, pódense colocar tan lonxe como se desexe e, ao interactuar cun, o outro reacciona ante esa mesma interacción.
- Teletransporte cuántico utiliza o enredo cuántico para enviar información dun lugar a outro do espazo sen necesidade de viaxar polo espazo.
A computación cuántica baséase nestas propiedades cuánticas de natureza subatómica.
Neste caso, a comprensión actual do mundo microscópico a través da Mecánica Cuántica permítenos inventar e deseñar tecnoloxías capaces de mellorar a vida das persoas. Existen moitas tecnoloxías diferentes que utilizan fenómenos cuánticos, e algunhas delas, como os láseres ou a resonancia magnética (RM), levan máis de medio século.
Que é a computación cuántica?
Para comprender como funcionan os ordenadores cuánticos, é útil explicar primeiro como funcionan os ordenadores que usamos todos os días, aos que se refire neste artigo como ordenadores dixitais ou clásicos. Estes, como todos os demais dispositivos electrónicos como tabletas ou teléfonos móbiles, usan os bits como unidades fundamentais de memoria. Isto significa que os programas e aplicacións están codificados en bits, é dicir, nunha linguaxe binaria de ceros e uns.
Cada vez que interactuamos con algún destes dispositivos, por exemplo, premendo unha tecla do teclado, as cadeas de ceros e uns créanse, destrúense e/ou modifícanse dentro do ordenador.
A pregunta interesante é, cales son estes ceros e uns fisicamente dentro do ordenador? Os estados cero e un dos bits corresponden á corrente eléctrica que circula, ou non, por partes microscópicas chamadas transistores, que actúan como interruptores. Cando non circula corrente, o transistor está "apagado" e corresponde ao bit 0, e cando está a fluír, está "activado" e corresponde ao bit 1.
Nunha forma máis simplificada, é coma se os bits 0 e 1 correspondesen a buratos, polo que un burato baleiro é un bit 0 e un oco ocupado por un electrón é un bit 1. Agora que temos unha idea de como funcionan os ordenadores actuais , imos tentar entender como funcionan os ordenadores cuánticos.
De bits a qubits
A unidade fundamental de información na computación cuántica é o bit cuántico ou qubit. Os qubits son, por definición, sistemas cuánticos de dous niveis que, como os bits, poden estar no nivel baixo, o que corresponde a un estado de baixa excitación ou enerxía definido como 0; ou no nivel alto, que corresponde a un estado de excitación superior ou definido como 1.
Non obstante, e aquí reside a diferenza fundamental coa computación clásica, os qubits tamén poden estar en calquera dun número infinito de estados intermedios entre 0 e 1, como un estado que é a metade 0 e a metade de 1, ou tres cuartos de 0 e un cuarto. de 1. Este fenómeno coñécese como superposición cuántica e é natural nos sistemas cuánticos.
Algoritmos cuánticos: computación exponencialmente máis potente e eficiente
O propósito das computadoras cuánticas é aproveitar estas propiedades cuánticas dos qubits, como sistemas cuánticos, para poder executar algoritmos cuánticos que utilicen a superposición e o enredo para ofrecer unha potencia de procesamento moito maior que os clásicos.
É importante sinalar que o verdadeiro cambio de paradigma non consiste en facer o mesmo que fan os ordenadores dixitais ou clásicos -os actuais-, senón máis rápido, como afirman erroneamente moitos artigos, senón que os algoritmos cuánticos permiten realizar determinadas operacións. realizado dun xeito totalmente diferente; que moitas veces é máis eficiente -é dicir, en moito menos tempo ou empregando moitos menos recursos computacionais-.
Vexamos un exemplo concreto do que isto implica. Imaxinemos que estamos en San Francisco e queremos saber cal é a mellor ruta a Nova York entre un millón de opcións para chegar alí (N=1,000,000). Para poder utilizar os ordenadores para atopar a ruta óptima, necesitamos dixitalizar 1,000,000 de opcións, o que implica traducilos a linguaxe de bits para o ordenador clásico e en qubits para o ordenador cuántico.
Mentres que un ordenador clásico necesitaría percorrer todos os camiños un por un ata atopar o desexado, un ordenador cuántico aproveita un proceso coñecido como paralelismo cuántico que lle permite, esencialmente, considerar todos os camiños á vez. Isto implica que o ordenador cuántico atopará a ruta óptima moito máis rápido que o ordenador clásico, debido á optimización dos recursos utilizados.
Para comprender as diferenzas na capacidade computacional, con n qubits podemos facer o equivalente ao que sería posible con 2n bits. Adóitase dicir que con preto de 270 qubits poderías ter máis estados básicos nunha computadora cuántica (cadeas de caracteres máis diferentes e simultáneas) que o número de átomos do universo, que se estima en aproximadamente 2.80. Outro exemplo é que se estima que cunha computadora cuántica de entre 2000 e 2500 qubits poderíase romper practicamente toda a criptografía utilizada na actualidade (coñecida como criptografía de clave pública).
En canto á criptografía, hai numerosas vantaxes de usar computación cuántica. Se dous sistemas están puramente enredados, isto significa que están correlacionados entre si (é dicir, cando un cambia, o outro tamén cambia) e ningún terceiro comparte esta correlación.
Takeaway
Estamos nun momento de transformación dixital no que diferentes tecnoloxías emerxentes como blockchain, intelixencia artificial, drones, Internet das Cousas, realidade virtual, 5G, impresoras 3D, robots ou vehículos autónomos están cada vez máis presentes en múltiples ámbitos e sectores.
Estas tecnoloxías, que están destinadas a mellorar a calidade de vida humana acelerando o desenvolvemento e xerando impacto social, avanzan actualmente paralelamente. Só raramente vemos empresas que desenvolven produtos que exploten combinacións de dúas ou máis destas tecnoloxías, como blockchain e IoT ou drons e intelixencia artificial.
Aínda que están destinados a converxer e xerar así un impacto exponencialmente maior, a fase inicial de desenvolvemento no que se atopan e a escaseza de desenvolvedores e persoas con formación técnica fan que as converxencias sexan aínda unha tarefa pendente.
Debido ao seu potencial disruptivo, espérase que as tecnoloxías cuánticas non só converxan con todas estas novas tecnoloxías, senón que tamén teñan unha ampla influencia en practicamente todas elas. Informática cuántica ameazará a autenticación, o intercambio e o almacenamento seguro de datos, tendo un maior impacto naquelas tecnoloxías nas que a criptografía xoga un papel máis relevante, como a ciberseguridade ou a cadea de bloques.
Deixe unha resposta