Computación Cuántica

Los ingleses tienen una popular expresión que dice “cuando la única herramienta que tienes disponible es un martillo, todos los problemas empiezan a parecerse a un clavo”.

A veces, por la naturaleza misma de las computadoras, nos encontramos con que, quizá, no son la mejor herramienta para resolver el problema que tenemos delante de nosotros, y es así que debemos recurrir a soluciones alternativas que sean más apropiadas y eficientes.
Dado que nuestras PCs tienen un esquema de trabajo basado en el código binario, el cual representa toda información como 1 y 0, podemos terminar en situaciones en las que ese acercamiento no sea efectivo, y entonces deberemos recurrir a formas de computar distintas, como sucede en el caso de la computación cuántica.
Esta rama de las ciencias de la computación –que debemos aclarar se encuentra en etapa experimental– tiene un abordaje distinto del que conocemos: se basa en los preceptos de la mecánica cuántica.

NADA DE BITS, ¡QUBITS!

La PC que tenemos en casa se denomina, dentro de las ciencias de la computación, computadora determinista. Esto quiere decir que la composición binaria de los datos está determinada; el equipo se encuentra especialmente diseñado para que cada bit que compone la información sea bien un 1 o un 0, y no haya ninguna ambigüedad al respecto. Ese tipo de acercamiento es fantástico para la clase de trabajo a la que estamos acostumbrados, en que necesitamos asegurar que la información sea precisa y no se corrompa o sufra vulneraciones de ningun tipo.
Una computadora cuántica es lo que se llama probabilística; esto quiere decir que los qubits que componen la información pueden ser 1, 0 o cualquier estado intermedio posible entre ellos. ¿Confundidos? Es natural, ya que éste es el concepto clave y más complicado de entender en esta especialidad. Para que quede más claro, recurramos a un ejemplo: en una computadora determinista sabemos que 2 bits pueden corresponder a uno de estos valores: 00, 01, 10 u 11. En una computadora probabilística 2 qubits pueden equivaler a cualquiera de esos 4 valores en superposición. No se puede establecer cuál de esos estados tiene, sino la probabilidad de que se encuentre en alguno de ellos.
Como regla, diremos que la cantidad de estados en los que puede estar una computadora cuántica arbitrariamente superpuestos corresponde a 2n, donde 2 corresponde a 0 o 1, y n, al número de qubits.

¿CÓMO OPERAN?

Los qubits pueden ser manipulados según una secuencia lógica fija, conocida como algoritmo cuántico. La operativa de éstos se da sobre la base de matrices unitarias, las cuales son reversibles. Cuando el algoritmo termina de operar, se debe obtener un resultado; el problema es que, de la forma como estuvo trabajando el algoritmo, en ningún momento se utiliza una secuencia diferenciada de valores (0 y 1), sino que el resultado aparece como un estado general del sistema.
Para obtener un resultado concreto, hay que colapsar el estado cuántico del sistema a uno propiamente binario. Dado que el resultado obtenido se basa en una probabilidad, no podemos tener certeza de estar ante el valor correcto. No obstante, al correr el algoritmo múltiples veces, la seguridad de que estemos frente al dato correcto también aumenta.
En un plano más concreto, y como podrán notar leyendo más allá del balbuceo técnico, las particularidades tanto teóricas como prácticas de la computación cuántica hacen que el campo donde su uso es ventajoso sea reducido. Los problemas en los que generan una verdadera diferencia comparten las siguientes características:
– La única forma de resolverlo es adivinar respuestas repetidamente y verificarlas.
– Hay un número determinado de respuestas para verificar.
– Toda posible respuesta toma el mismo tiempo de verificar.
– No hay pistas sobre qué tipo de respuestas podrían ser mejores.
Algunos ejemplos paradigmáticos en los que esta computación sería de utilidad son el criptoanálisis y la búsqueda en bases de datos de alta complejidad.

Nota publicada en Power 75

Además en la nota:
-Un poco de cuántica
-Incertidumbre
-Superposición
-Para que duela menos la cabeza
-Criptografía cuántica
-Encriptando/Desencriptando
-No todas son buenas noticias

¡Y mucho más!