Computación cuántica: la promesa de los bits con poderes mágicos

En parte porque los avances de los últimos 50 años han sido muy disruptivos y hasta un poco cataclísmicos -ninguna industria ha permanecido ajena a la digitalización y muchas simplemente se esfumaron a causa de ella-, tendemos a pensar que una computadora o un smartphone son la cima del desarrollo técnico. Es la misma percepción que se tenía de la máquina de vapor en el siglo XVIII. Pero no existe ningún invento definitivo, y las computadoras actuales, basadas en transistores que pueden adoptar sólo dos estados, encuentran serias dificultades para ciertos cálculos; por ejemplo, la factorización de números enteros o el cómputo de grandes cantidades de permutaciones.

Es que los sistemas informáticos actuales usan bits, un apócope de binary digit, dígito binario; en otras palabras, un bit puede adoptar sólo dos valores: 1 o 0. Es reflejo de los dos estados que pueden exhibir los transistores: o dejan pasar la electricidad o no dejan pasar la electricidad. Verdadero o falso. Uno o cero.

Con mucha matemática binaria y miles de millones de transistores, las computadoras actuales hacen prodigios. Pero en 1981, el físico Richard Feynman planteó un dilema incómodo: nuestras máquinas no pueden simular el mundo físico de forma completa. ¿Por qué? Porque en el nivel atómico y subatómico rigen reglas que no tienen nada que ver con el mundo visible y para las que el 1 y el 0 son insuficientes.

Esas reglas fueron planteadas en la primera década del siglo pasado y constituyen la mecánica cuántica. Feynman propuso, pues, crear una computadora que se rigiera no ya por la maniquea regularidad de los bits, sino por los principios de la mecánica cuántica.

Estos principios son tan contraintuitivos que le hicieron decir al gran físico Niels Böhr que "si alguien no se siente estupefacto ante la mecánica cuántica, entonces es que todavía no la ha comprendido". Pero la idea de Feynman prendió y el proyecto de una computadora que usara bits cuánticos en lugar de bits convencionales dejó de ser una fantasía.

Los bits cuánticos, mejor conocidos como qubits, hacen lo mismo que los bits tradicionales: representan información. La cuestión es que lo hacen siguiendo las leyes de la mecánica cuántica. Así, un qubit no sólo representa un 1 o un 0, sino también los valores que surgen de la superposición lineal de ambos. De este modo, mientras una cadena de 32 bits convencionales puede representar uno de entre 4200 millones de valores, una cadena de 32 qubits contendría todos esos valores simultáneamente. La superposición se ha hecho célebre por el experimento conocido como "el gato de Schrödinger", diseñado por el físico homónimo y que demuestra que dadas ciertas condiciones el legendario felino puede estar al mismo tiempo vivo y muerto. Suena casi a magia, pero es sólo el principio. Otras leyes de la mecánica cuántica prometen que los qubits elevarán el poder de cómputo a escalas inimaginables.

De regreso en el mundo real, ¿para qué podrían servir las computadoras cuánticas? Si alguna vez se hicieran realidad -y hay quienes ponen esto en duda-, serían capaces de mejorar el desempeño de sus hermanas binarias en la simulación de fenómenos de la física y la química en el nivel subatómico. Además, y en un asunto más terrenal, podrían quebrantar muchos de los sistemas de cifrado actuales. Esto haría inviable Internet y revelaría gran parte de los secretos protegidos por una contraseña. La buena noticia: nos darían a la vez la capacidad de ejecutar nuevos algoritmos de encriptación que hoy están fuera del alcance de los simples bits.

Las máquinas cuánticas, de hacerse realidad, estarían hoy a unas pocas décadas de distancia.

Por Ariel Torres

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