Tecnología cuántica y sus principales aplicaciones
La tecnología cuántica es un campo fascinante y en rápido desarrollo que promete revolucionar varios aspectos de la informática, la comunicación y la ciencia. Tanto naciones como grandes corporaciones están compitiendo en la carrera por desarrollar tecnologías cuánticas avanzadas. A medida que avanza la investigación y se superan los desafíos técnicos, es probable que veamos un aumento significativo en la adopción de estas tecnologías y una mayor comprensión de su potencial impacto en la sociedad. A continuación, repasaremos algunas de las aplicaciones más importantes de la tecnología cuántica.
Ordenadores cuánticos
Los ordenadores cuánticos representan una de las aplicaciones más destacadas de la tecnología cuántica. Estos dispositivos difieren notablemente de las computadoras tradicionales en la forma en que almacenan y procesan información. Mientras que las computadoras convencionales emplean bits para representar datos, que pueden existir en dos estados distintos (0 o 1), los ordenadores cuánticos utilizan qubits. La característica más intrigante de los qubits es su capacidad para existir en una superposición, lo que significa que pueden representar un estado en el punto intermedio entre los dos estados posibles. Esta propiedad se asemeja a lanzar una moneda al aire y, en lugar de aterrizar en cara o cruz de manera definitiva, permanece en un estado indefinido.
Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de acelerar significativamente la resolución de ciertos problemas, pero es importante destacar que esta aceleración es aplicable únicamente a ciertos tipos de problemas. Por lo tanto, estos sistemas son considerados máquinas de propósito específico, al igual que las unidades de procesamiento gráfico (GPU) diseñadas para acelerar el rendimiento gráfico en juegos y aplicaciones similares.
El desafío comercial clave que enfrenta la computación cuántica en la actualidad es lograr la creación de ordenadores con suficientes qubits para abordar problemas de relevancia práctica. La escalabilidad de estos dispositivos es esencial. Un ejemplo destacado es el papel de la computación cuántica en la seguridad de Internet, donde se estima que se necesitarían alrededor de un millón de qubits para comprometer la seguridad de las comunicaciones actuales. En esta línea, empresas como IBM están trabajando en lanzar ordenadores cuánticos más potentes, como su objetivo de desarrollar un ordenador con 1132 qubits para finales de este año.
Internet cuántico
El internet cuántico utiliza efectos cuánticos para transmitir información de forma segura. Un avance destacado es la Quantum Key Distribution (QKD), que evita la interferencia al basarse en el principio cuántico de que alterar un sistema cuántico revela la intrusión.
Para ilustrarlo de manera sencilla, podríamos compararlo con el lanzamiento de una moneda: se pueden desarrollar protocolos de comunicación que permiten detectar cualquier manipulación de las «monedas» enviadas a través de la red, indicando la posible presencia de un intruso. Un sistema criptográfico cuántico no elimina la posibilidad de un ataque, pero sí proporciona la capacidad de detectarlo.
El QKD ya es una realidad en la actualidad, y empresas como Telefónica están llevando a cabo pruebas con redes cuánticas de tamaño reducido. El objetivo a corto y medio plazo es establecer una red a nivel nacional que permita la interconexión con otros países europeos.
Metrología cuántica
Otro campo de aplicación destacado de la mecánica cuántica es la metrología cuántica, que engloba un conjunto de técnicas para mejorar la precisión de los instrumentos de medición mediante la explotación de efectos cuánticos. Esta área representa una de las aplicaciones más prometedoras en la ciencia básica, ya que el fundamento de gran parte de la investigación científica radica en nuestra capacidad para medir de manera precisa lo que observamos.
En contraste con la computación cuántica, la metrología cuántica requiere un número extremadamente reducido de partículas para llevar a cabo las mediciones. Como resultado, se han logrado aplicaciones tangibles en diversos campos. Por ejemplo, se ha empleado la metrología cuántica en el proyecto LIGO para medir las ondas gravitatorias.
En el ámbito médico, la metrología cuántica está siendo aplicada para el desarrollo de tomografías de una precisión notablemente superior, lo que promete mejoras sustanciales en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Simulación cuántica
El propósito fundamental de la simulación cuántica radica en comprender el comportamiento de sistemas que exhiben propiedades cuánticas, cuyas características no pueden ser calculadas con precisión utilizando ordenadores clásicos. Por ejemplo, para saber el comportamiento de una molécula altamente compleja, es necesario modelar las interacciones entre sus componentes. Debido a que estas interacciones son de naturaleza cuántica, se vuelve imposible simularlas eficazmente en un ordenador convencional. En cambio, los simuladores cuánticos, diseñados para operar en consonancia con los principios de la mecánica cuántica, ofrecen una solución más eficiente.
El proceso es esencialmente el siguiente: si deseamos comprender cómo distintas variantes de una molécula interactúan entre sí, en lugar de realizar costosos ensayos con todas las posibles combinaciones, representamos estas variantes en un simulador cuántico. La representación no necesita ser perfecta, pero sí lo suficientemente precisa como para permitir un estudio del comportamiento. Luego, simplemente medimos los resultados generados por el simulador.
La simulación cuántica tiene el potencial de acelerar una amplia variedad de procesos industriales actuales, y su comercialización es inminente, ya que estos sistemas no necesariamente deben ser muy grandes para tener aplicaciones prácticas y beneficiosas.
Existen otras aplicaciones no mencionadas en este blog, como la optimización cuántica y la inteligencia artificial cuántica. La tecnología cuántica es verdaderamente fascinante y tiene el potencial de transformar nuestra sociedad de manera irreversible. En Telefónica, estamos participando en varios proyectos relacionados con esta tecnología, contribuyendo al avance y desarrollo de la misma
