Regreso al futuro: revisitando la computación cuántica 25 años después

Hace más de 25 años, alrededor de 1999, escribí un artículo sobre el futuro de la computación cuántica, que se publicó en la sección de ciencia de un periódico impreso en Argentina.

Puedes acceder al artículo original aquí y ver una traducción automática siguiendo este enlace .

Mi artículo era bastante especulativo en aquel entonces.

La computación cuántica ha ganado tracción y relevancia significativa en los debates tecnológicos actuales.

TL;DR: Explicaré la computación cuántica en cinco niveles para diferentes públicos.

Niño

Una computadora cuántica es como una caja mágica súper inteligente.

En lugar de utilizar bits normales como las computadoras normales , utiliza bits mágicos especiales llamados qubits .

Estos qubits pueden hacer más trucos que los bits normales.

Imagina que estás jugando con una peonza. Un cúbit es como una peonza que puede hacer muchos trucos al mismo tiempo.

Estas computadoras mágicas podrían algún día ayudar a resolver rompecabezas imposibles de 100.000 piezas.

Adolescente

Imagínate que puedes jugar con bloques de construcción especiales utilizados en muchos lugares simultáneamente.

Las computadoras cuánticas utilizan algo similar llamado qubits.

¡Piensa en una moneda mágica que puede ser cara y cruz al mismo tiempo!

Un qubit puede ser 0, 1 o ambos, como la moneda que gira en el aire. Todos a la vez.

Esto permite que las computadoras cuánticas exploren muchas posibilidades simultáneamente.

Las computadoras cuánticas son poderosas porque pueden descifrar códigos secretos como contraseñas personales.

Es como tener una calculadora superpoderosa que puede resolver problemas realmente difíciles mucho más rápido que las computadoras normales.

Estudiante universitario

Una computadora cuántica funciona utilizando los principios de la mecánica cuántica ).

En lugar de bits clásicos, se utilizan qubits, que existen en un estado de superposición cuántica .

Cada qubit puede representar 0 y 1 simultáneamente, lo que permite un cálculo paralelo masivo.

Podemos pensar en el gato de Schrödinger, un famoso experimento mental en el que un gato puede estar vivo y muerto al mismo tiempo.

Los qubits funcionan de manera similar, estando en múltiples estados simultáneamente.

Las computadoras cuánticas pueden factorizar números grandes exponencialmente más rápido que las computadoras clásicas, descifrando claves públicas y privadas en conexiones de Internet cifradas.

Esta capacidad amenaza la criptografía tradicional y las cadenas de bloques que dependen de la factorización de la dificultad.

Los investigadores también exploran las implicaciones de la computación cuántica en las teorías del multiverso, ya que los qubits aparentemente computan en muchas realidades.

Recientemente, Google afirmó que una computadora cuántica había logrado la “supremacía cuántica” , resolviendo un problema que las computadoras clásicas no podían manejar en un período de tiempo razonable.

Un estudio de Nature también destacó nuevos materiales cuánticos para estabilizar los qubits.

¡Lo extraño es que estas partículas podrían sugerir que existen muchas realidades diferentes al mismo tiempo, como universos paralelos en las películas de ciencia ficción!

Estudiante de posgrado

La computación cuántica explota fenómenos cuánticos como la superposición, el entrelazamiento y la interferencia.

Mientras que los bits clásicos son binarios, los qubits utilizan la superposición cuántica para representar múltiples estados simultáneamente.

El entrelazamiento cuántico garantiza que los qubits permanezcan interconectados, incluso a distancia, lo que permite algoritmos altamente eficientes.

Puedes utilizar puertas cuánticas para manipular qubits, lo que te permitirá crear circuitos cuánticos para ejecutar algoritmos cuánticos.

El algoritmo de Shor permite la factorización de números enteros en tiempo polinomial, amenazando directamente la criptografía RSA y resolviendo el problema P vs NP .

De manera similar, el algoritmo de Grover proporciona aceleraciones cuadráticas para problemas de búsqueda no estructurada.

Estos avances generan inquietud sobre la protección de los sistemas digitales contra amenazas cuánticas.

La especulación sobre el multiverso surge porque los qubits en superposición podrían interactuar con otras realidades, como se postula en la interpretación de los muchos mundos de Hugh Everett.

Mientras tanto, la interpretación de Copenhague sugiere que el comportamiento cuántico colapsa en un único resultado cuando se mide.

La investigación de Google demostró la supremacía cuántica (más tarde llamada ventaja cuántica) al resolver en segundos una tarea computacional que a las supercomputadoras clásicas les llevaría miles de años.

Experto

La computación cuántica impulsa los principios de superposición cuántica, entrelazamiento y evolución unitaria para procesar información.

Los qubits trascienden las puertas lógicas clásicas al codificar la información en un espacio de Hilbert multidimensional, lo que permite un espacio de estados exponencial.

Algoritmos como el de Shor descomponen números enteros semiprimos en tiempo polinomial, socavando sistemas criptográficos como RSA y ECC.

El algoritmo de Grover demuestra una optimización cuadrática para tareas de búsqueda, lo que representa una clase fundamental de ventaja cuántica.

Las interpretaciones de la mecánica cuántica que sustentan estos sistemas difieren: la interpretación de Copenhague postula un colapso de la función de onda durante la medición.

La interpretación de muchos mundos sugiere que los resultados computacionales abarcan universos paralelos hasta que la observación los colapsa en uno solo.

Esto alimenta los debates sobre el paralelismo cuántico entre estados multiversales.

La demostración de supremacía cuántica de Google utilizó un procesador Sycamore de 54 qubits para completar un problema de muestreo en 200 segundos, algo que anteriormente se estimaba que requeriría 10.000 años en las supercomputadoras más poderosas del mundo.

La escala de Planck (10^-35 m) sugiere una granulosidad fundamental en el espacio-tiempo, lo que potencialmente limita el poder computacional cuántico.

Los informes de Nature destacan los avances en la estabilización de qubits a través de la corrección de errores cuánticos topológicos y diseños tolerantes a fallas, esenciales para la computación cuántica práctica.

¿Estás entusiasmado por el futuro cuántico?