Al igual que las primeras computadoras digitales, las computadoras cuánticas ofrecen la posibilidad de una tecnología exponencialmente más poderosa que los sistemas actuales. Pueden cambiar empresas, industrias enteras y el mundo resolviendo problemas que hoy parecen imposibles.

Aunque el avance ha sido asombroso en los últimos años, la computación cuántica se encuentra todavía en fase experimental. Sin embargo, según las últimas investigaciones para 2023, el 20% de las organizaciones presupuestarán proyectos de computación cuántica.

Los expertos calculan que para 2025 ya podrán generar 780 millones de dólares anuales en forma de ingresos y ahorro de costes para todas las industrias que decidan apostar por ella. A medida que esta tecnología avance, el ahorro aumentará y se calcula que en 2050 esta cifra alcanzará valores que se encontrarán entre los 450.000 y 850.000 millones de dólares anuales.

 

¿Cómo funciona realmente?

Es importante definir previamente que la computación cuántica, es una teoría sobre cómo construir computadoras. En resumen, la computación cuántica un ordenador usa la superposición cuántica de partículas para almacenar datos como lo hace un bit en una computadora clásica. Los Qubits, como se los llama, existen en un estado indeterminado (1 y 0). Esto significa que pueden ser 1, 0 o ambos, porque el universo aún no ha decidido cuál quiere ser.

Esto permite realizar varios cálculos a la vez explotando las superposiciones de estos qubits, abriendo la puerta para resolver problemas que pueden requerir cientos, si no miles de años, para resolver usando una computadora clásica.

Sin embargo, la computación cuántica es una cosa excepcionalmente delicada ya que el mantenimiento de una partícula cuántica suspendida en una superposición solo se puede hacer durante aproximadamente 100 microsegundos. Además, también necesita temperaturas extremadamente frías y superconductores.

Este tipo de hardware hace que las computadoras cuánticas sean equipos altamente especializados que solo son realmente prácticos para tareas muy específicas en este momento, como problemas de modelado de predicción y optimización en sistemas complicados con una gran cantidad de variables.

¿Cómo se conseguirá?

Las computadoras cuánticas prometen resolver problemas de la vida real que están más allá de las posibilidades de los ordenadores clásicos. La fuerza computacional de esta tecnología se basa en un conjunto completamente diferente de reglas.

Estas diferentes reglas de computación también significan que los lenguajes de programación tradicionales no se pueden usar para liberar el poder de las computadoras cuánticas por ello se requieren nuevos lenguajes.

Los lenguajes cuánticos han existido desde antes de la aparición de los dispositivos cuánticos reales, ya que se utilizaban para simular algoritmos cuánticos en ordenadores tradicionales. Con la construcción de computadoras cuánticas reales, cada grupo de investigación y compañía ha desarrollado su propio lenguaje para utilizar en sus dispositivos.

Esto ha motivado la creación de más lenguajes que intentan unir algunos elementos de los existentes y cuyo objetivo es ser utilizado en cualquier backend, se les conoce como lenguajes cuánticos universales.

La creación de estos lenguajes más generales es posible porque casi todos están desarrollando software de código abierto, es decir, cualquiera puede contribuir a la mejora y extensión de estos lenguajes utilizando plataformas que ofrece alojamiento para el desarrollo de software.

Actualmente existen diversos lenguajes de programación cuántica (como, por ejemplo, Matlab, Fortran, C.) no obstante, los lenguajes cuánticos todavía están en desarrollo, al igual que los dispositivos cuánticos.

Otra forma de involucrarse es unir el esfuerzo para desarrollar estándares relacionados con la computación cuántica. Los estándares técnicos aceleran el desarrollo de una tecnología, introducen economías de escala y hacen crecer los mercados. El desarrollo de hardware y software de computadoras cuántica se beneficiará de una nomenclatura común, por ejemplo, y métricas acordadas para medir los resultados.

Actualmente, el Grupo de Trabajo de Computación Cuántica de la Asociación de Estándares IEEE está desarrollando dos estándares.

  1. Definiciones de computación cuántica y la nomenclatura.
  2. Métricas de rendimiento y la evaluación comparativa del rendimiento para permitir la medición del rendimiento de las computadoras cuánticas frente a las computadoras clásicas y, en última instancia, entre sí.

Retos a los que se enfrenta

Como toda tecnología que se encuentra en sus inicios, la computación cuántica y por ende los lenguajes de programación cuánticos, se enfrentan a una serie de retos los cuales pueden dificultar su evolución.

Los lenguajes de programación cuánticos no son necesariamente lenguajes independientes por completo, sino que a menudo se trata de paquetes construidos sobre sintaxis clásicas.

Una preocupación importante cuando se ejecutan programas cuánticos es la apariencia y la acumulación de errores. Cuanto más tiempo se ejecute el hardware cuántico, mayor será la tasa de error. Por lo tanto, es importante comprender cómo se puede hacer la corrección de errores. Ante esta situación sería muy útil si los análisis se hicieran automáticamente. Si bien existen diferentes tipos de análisis, hay uno que destaca por su importancia, y es aquel que evalúa la incertidumbre proveniente de cada línea de código.

Por otro lado, es importante que los expertos tengan la acumulación de errores a un nivel tolerable. Para ello, sería importante tener puntos de referencia para poder desarrollar optimizaciones, que permitan solventar esos fallos de una manera orgánica y sin retrasos en el desarrollo.

Finalmente, la depuración es otro tema sobre el que prestar atención, se trata de un aspecto muy difícil de solventar en los lenguajes de programación cuánticos, ya que hasta la fecha no existen puntos de control disponibles para ello.

Beneficios tangibles

Las ventajas económicas son evidentes, sin embargo, no son las únicas. El beneficio más importante de la computación cuántica recae en las industrias que necesitan simulaciones para resolver operaciones complejas, que requieren una potencia informática superior que un ordenador al uso no puede ofrecer.

Aunque parece que solo grandes empresas del sector tecnológico están interesadas en esta tecnología, cada vez es más habitual que empresas medianas experimenten con la computación cuántica para su beneficio.

  • Finanzas: el sector bancario presenta una gran cantidad de problemas como la optimización de la cartera, la fijación de precios de los activos, el análisis de riesgos, la detección de fraudes, las predicciones del mercado, que están al alcance de las computadoras cuánticas.
  • Seguros: las aplicaciones potenciales de la computación cuántica comienzan con la valoración de instrumentos financieros (bonos, derivados), valoración de opciones y garantías en productos de seguros; cuantificación del riesgo operacional.
  • Sector energético: la optimización de la estructura actual de la red y la predicción del uso son dos grandes problemas conectados, que son muy adecuados para probar en computadoras cuánticas.
  • Transporte: el mejor ejemplo para el uso de computadoras cuánticas es la optimización del tráfico. El problema del vendedor ambulante con todas sus variantes constituye una buena clase de problemas para probar en dispositivos NISQ.
  • Logística: los problemas de la cadena de suministro relacionados con las operaciones a menudo son complejos e imposibles de optimizar por parte de las computadoras clásicas, y ofrecen un buen potencial para que la computación cuántica ingrese en el mercado.
  • Automotriz y aeroespacial: conducir o volar de manera autónoma, o administrar una gran flota de vehículos plantea problemas de optimización, que aumentan rápidamente con la cantidad de vehículos. Es por eso por lo que los jugadores de la industria automotriz están interesados. También la industria aeroespacial está experimentando por su cuenta, así como con socios, desde gigantes tecnológicos hasta nuevas empresas.
  • Productos químicos y farmacéuticos: el descubrimiento de fármacos es un proceso muy costoso y la simulación de moléculas es computacionalmente exigente. Las computadoras cuánticas son ideales para la investigación y el desarrollo farmacéutico, ya que son más adecuadas para realizar simulaciones de objetos cuánticos.
  • Materiales: las industrias que cuentan con mejores baterías, chips o arquitecturas de red pueden explorar la computación cuántica para simular nuevas posibilidades u optimizar las estructuras existentes.
  • Blockchain y Ciberseguridad: El blockchain basa sus actividades fundamentalmente en métodos criptográficos y, por lo tanto, es propenso a los ataques cibernéticos que involucran las nuevas tecnologías. Es por eso por lo que explorar la criptografía post-cuántica o el blockchain cuántico es una buena preparación para el futuro. Existe una tendencia general entre las compañías de ciberseguridad a considerar la criptografía post-cuántica, es decir, algoritmos que son seguros para operar en un mundo con computadoras cuánticas potentes.

Conclusiones

Las computadoras cuánticas no están destinadas a reemplazar los procesadores en computadoras personales o smartphones en el corto plazo. En su mayor parte, las computadoras cuánticas serán las más adecuadas para abordar problemas de optimización, identificar patrones en los datos y realizar simulaciones complejas que serían demasiado exigentes para las computadoras tradicionales.

Estos problemas impulsarán el mercado global para el control de calidad empresarial. Pero las computadoras cuánticas aún no han demostrado la supremacía o la ventaja cuántica. Se requerirá escalar significativamente el poder de procesamiento, mejorar las capacidades de corrección de errores y escribir y refinar el lenguaje de programación cuántico antes de que las empresas adopten el control de calidad en masa.