La computación cuántica es una realidad y puede cambiar el mundo

Vivimos en una época de vértigo en cuanto a la innovación tecnológica, especialmente en el sector financiero, que está inmerso en un proceso de transformación de sus procesos mediante la incorporación de tecnologías como big data, inteligencia artificial (incluyendo machine learning), blockchain, banca móvil y open banking, entre muchas otras. Todas estas tecnologías se han desarrollado gracias a la mejora exponencial de la capacidad computacional, acompañada de la reducción del tamaño físico de los procesadores. Esta evolución puede estar llegando a su límite físico y es precisamente aquí cuando la computación cuántica entra en juego, aportando unas capacidades de procesamiento sin precedentes. Debemos estar preparados para aprovechar las oportunidades que este cambio de paradigma trae consigo y la disrupción que, con toda seguridad, creará.  

Si bien la computación actual usa como unidad básica el bit, cuyo valor es binario (0 o 1), la computación cuántica usa como unidad el cúbit o bit cuántico (del inglés, quantum bit o qubit), cuyo valor se basa en la mecánica de partículas subatómicas y, en concreto, en la capacidad de algunas partículas de tener dos estados a la vez (superposición), lo cual implica que un cúbit puede tener tres estados: 0, 1 o ambos al mismo tiempo. La superposición y otras características cuánticas, como el entrelazado, conllevan que el número de procesos en paralelo que un ordenador cuántico puede ejecutar sea de 2^n, donde ‘n’ es el número de cúbits. Un ordenador cuántico ideal con 50 cúbits podría realizar 250 procesos simultáneamente, siendo equivalente a un procesador clásico de 250 cores. Actualmente, el supercomputador más potente cuenta con 106 procesadores; es decir, su potencial es un millón de veces inferior que el del ordenador cuántico.

Todo el procesamiento paralelo que aporta la computación cuántica abre la posibilidad de resolver problemas hasta ahora imposibles de abordar, especialmente aquellos con complejidad exponencial como el descubrimiento de nuevas proteínas o fármacos, la exploración espacial o la optimización de funciones n dimensionales: por ejemplo, los modelos ocultos de Markov para predicción en operaciones financieras, métodos de Monte Carlo para riesgos, la optimización de grafos o bien la factorización de enteros como producto de dos números primos. Este último caso puede suponer un riesgo para la criptografía actual, en la que se basa la seguridad de las comunicaciones y parte de la criptografía de blockchain.

Se prevé que, a medio plazo, los clústeres de ordenadores complementados con GPU para el análisis de pricing de Wall Street podrán ser reemplazados por un ordenador cuántico. Sin embargo, la posibilidad de contar con un ordenador cuántico de sobremesa o de bolsillo no parece inmediata. Existen algunos retos a resolver antes de ver la implementación masiva de la computación cuántica, tales como la mejora de la estabilidad de los resultados que generan los algoritmos y la simplificación de la implementación de dichos algoritmos.

De momento, los ordenadores cuánticos sólo están al alcance de grandes instituciones, dado que las condiciones para que funcionen sólo son alcanzadas en instalaciones muy controladas y complejas. Sus circuitos requieren estar a temperatura cercana al cero absoluto (-273,15 °C o bien 0 Kelvin) y en vacío magnético garantizado por una cubierta que anula el campo magnético.

Existen iniciativas gubernamentales y privadas con amplia financiación para potenciar el desarrollo y la implementación de esta tecnología. En el sector privado, Google ha anunciado que dispone de un ordenador cuántico de 72 cúbits. Por su lado, IBM dispone ya de un ordenador cuántico de 50 cúbits para uso empresarial y pone a disposición del público general un ordenador de 26 cúbits. Dicho ordenador es accesible para aquellos que quieran experimentar con la programación cuántica a través de su framework open source de desarrollo de informática cuántica Qiskit. La compañía D-Wave propone una opción diferente de ordenador cuántico de 2.000 cúbits, pero su arquitectura es menos compleja y comparativamente requiere un mayor número de cúbits para resolver el mismo problema. Dicho esto, el D-Wave es el único ordenador cuántico comercializado hasta la fecha.

En concreto, la computación cuántica se está empezando a aplicar en la seguridad online, con la creación de métodos de encriptados infranqueables; en el campo de la inteligencia artificial, dado el poder de computación en paralelo que permite escalar los algoritmos actuales y, en general, en problemas que requieren la consideración de un gran número de parámetros y restricciones en su solución, hasta ahora imposibles de resolver. Algunos de dichos problemas son: el desarrollo de medicamentos personalizados basados en la secuencia del genoma, el descubrimiento de nuevos planetas, el diagnóstico precoz del cáncer, la predicción de fenómenos naturales vinculados con el clima, la toma de decisiones complejas en tiempo real (como las necesarias en los vehículos autónomos) o bien el análisis financiero de portafolio de valores mencionado anteriormente.

En conclusión, la computación cuántica es una tecnología millones de veces más potente que la tecnología actual. Su capacidad traerá consigo cambios disruptivos en sectores claves como el farmacéutico, el espacial, la seguridad informática y el financiero, entre otros. En definitiva, tiene el potencial para transformar el mundo del mismo modo o más que el primer procesador. El reto clave reside en traducir los problemas del mundo real al lenguaje cuántico.