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Computación cuántica: la tecnología de los superordenadores

Los cúbits representan un avance radical en las posibilidades de almacenar datos, generando un cambio radical entre la computación binaria y la computación cuántica.

¿Cómo impactará la tecnología de los cúbits en nuestro futuro? Sigue leyendo y conocerás por qué los cúbits, junto a los sistemas de cómputo cuántico y los cúdits, son áreas donde los científicos están centrando su interés.

Computación cuántica: avanzando hacia los ordenadores de supercálculo

Mientras que un bit binario almacena valores equivalentes a cero (0) o uno (1), un cúbit, o bit cuántico, tiene la posibilidad de tomar varios estados a la vez, en un rango que va desde el estado cero al estado uno.

Descrito de otra manera: un cúbit representa un sistema de estados con la capacidad de almacenar valores continuos, en lugar de solo dos valores discretos. Esta es una propiedad conocida como superposición cuántica.

Estamos ante un paradigma totalmente diferente a la computación digital clásica. Es una tecnología disruptiva en donde se aprovechan la mecánica cuántica y el cúbit, como unidad básica de información. Así, se construyen superordenadores con capacidades de procesamiento mejoradas.

Aplicaciones de los ordenadores cuánticos

  • Análisis de sistemas de encriptación.
  • Cifrado de datos.
  • Seguridad informática y “rompimiento” de claves.
  • Implementación y ejecución de algoritmos cuánticos en sistemas de machine learning (aprendizaje automático).
  • Mejora en la respuesta de asistentes virtuales y otras aplicaciones de la inteligencia artificial.

Ventajas de la computación cuántica

  • Permite la aceleración al momento de ejecutar ciertos algoritmos clásicos de ordenamientos, búsqueda o clasificación.
  • Evalúa y soluciona, de manera más rápida, operaciones en estimaciones en sistemas de ecuaciones complejos.
  • Representa de forma más eficiente datos en múltiples estados, lo cual es de utilidad para crear simulaciones de sistemas físicos, biológicos o químicos.

El siguiente paso: los cúdits

Los avances en esta área se ven reflejados en proyectos como el Quantum Artificial Intelligence Lab,de Google, y el Quantum Technologies Flagship, de Europa. También se han creado hardware como el procesador cuántico de 127 cúbits, Eagle, de IBM o las máquinas cuánticas de 256 a 512 cúbits, creadas por QuEra Computing.

Sin embargo, hay tópicos en donde se requiere cambiar de enfoque si de verdad se pretende aprovechar el potencial de los ordenadores cuánticos: el almacenamiento. Los modelos utilizados hasta el momento han sido binarios (bits) o están forzados a trabajar entre estados binarios (cúbits). Esto limita la eficiencia de los algoritmos cuánticos.

Surge entonces la necesidad de una nueva estructura de almacenamiento: el cúdit.

Diferencia entre los cúdits y los cúbits

Cuando se opera con bits cuánticos se trabaja con valores entre dos estados, tal como lo explicamos al inicio. Sin embargo, hay sistemas naturales y artificiales que trabajan mejor con múltiples estados. Por dar algunos ejemplos:

Para poder representar información en múltiples estados, además del binario, se ha propuesto un enfoque basado en computación cuántica que trabaja con una unidad de información más conveniente: el cúdit.

Los cúdits, a diferencia de los cúbits, proporcionan un espacio de estados más grande para almacenar y procesar información. Es una alternativa de representación multinivel, favorable para el desarrollo de la computación cuántica de alta dimensión o High-Dimensional Quantum Computing.

Computación-cuántica

Posibilidades del cúdit y la computación cuántica de alta dimensión

Aunque es un área en desarrollo, con una fundamentación matemática compleja y un conjunto abierto de soluciones por crear, ya se tienen avances significativos:

  • Se ha descrito formalmente la estructura lógica y de representación de los cúdits.
  • Hay versiones en el lenguaje de representación de los bits cuánticos multidimensionales de algoritmos importantes para la computacióncuántica.

Aplicaciones prácticas del cúdit

Se estudia la combinación de soluciones con cómputo cuántico para seguir incrementando, hasta límites que no se creían posibles, la capacidad de cálculo y la velocidad de ejecución.

Como se pueden realizar múltiples operaciones de control simultáneamente, entonces, se simplifica la complejidad de los circuitos, la configuración experimental de ordenadores cuánticos y la eficiencia de sus algoritmos.

Estos son otros ejemplos de las implementaciones de esta tecnología:

El cómputo cuántico y sus aplicaciones conforman ya un salto en las capacidades de cálculo y almacenamiento de información. Nos benefician con aplicaciones, como el análisis de compuestos para nuevos medicamentos, o la simulación del comportamiento de materiales útiles para el almacenamiento más eficiente de la energía. Siendo todavía un campo por explorar, la computación cuántica ya aporta innovaciones a partir de un cambio de paradigma: de la representación binaria a los modelos cuánticos y multidimensionales.

Imagen de Brand Factory.

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