Qué es la computación cuántica
La computación cuántica y las supercomputadoras que revolucionarán la tecnología
Vivimos en la era de la tecnología, pero aún no lo hemos visto todo: la computación cuántica, que en los últimos años ha dado pequeños —pero importantes— pasos de la mano de grandes empresas, promete revolucionar casi todo lo que conocemos. A continuación, repasamos sus posibles aplicaciones, que van desde la ciberseguridad a la movilidad pasando por la salud.
En un mundo binario de unos y ceros, los ordenadores cuánticos serían como los Albert Einstein de la informática, cerebros electrónicos extraordinarios capaces de realizar en unos segundos tareas casi imposibles para una computadora clásica. La multinacional IBM será la primera en comercializar uno de estos prodigios de la tecnología, el Q System One, un cubo de cristal de unos 3 x 3 metros y 20 cúbits que fue presentado en 2019 y estará disponible para el ámbito empresarial y la investigación.
La multinacional IBM será la primera en comercializar uno de estos prodigios de la tecnología, el Q System One, un cubo de cristal de unos 3 x 3 metros y 20 cúbits que fue presentado en 2019 y estará disponible para el ámbito empresarial y la investigación. Pero, ¿qué es esta tecnología y cuáles son sus aplicaciones? Repasamos los conceptos, los usos y la evolución de esta tecnología clave en la revolución informática.
¿Qué es la computación cuántica?
Esta rama de la informática se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, como el de Shor o el temple cuántico.
Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica —la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas— para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y decoherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.
¿Qué es un cúbit?
Un cúbit (o bit cuántico) es la unidad básica de información en un ordenador cuántico, equivalente al bit en la computación clásica. A diferencia de un bit tradicional, que solo puede estar en uno de dos estados —0 o 1—, un cúbit puede estar en una superposición de ambos estados al mismo tiempo, gracias a las propiedades de la mecánica cuántica. Esto significa que un cúbit puede representar simultáneamente el 0 y el 1, lo que permite a los ordenadores cuánticos procesar mucha más información de forma paralela. Además, los cúbits pueden estar entrelazados, de modo que el estado de uno depende del estado del otro, lo que potencia aún más la capacidad de cálculo en sistemas cuánticos.
La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 cúbits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado. Una de las principales diferencias con respecto a la física clásica es que sus resultados son probabilísticos en lugar de deterministas.
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Diferencias entre la computación cuántica y la tradicional
La computación cuántica y la tradicional son dos mundos paralelos con algunas similitudes y numerosas diferencias entre sí, como el uso del cúbit frente al bit. Estas son algunas de las más relevantes:
Capacidad de cómputo
En los ordenadores cuánticos, la capacidad de procesamiento crece de forma exponencial a medida que se añaden cúbits, gracias a propiedades como la superposición (un cúbit puede representar varios valores a la vez) y el entrelazamiento (los cúbits pueden estar conectados entre sí de forma que actúan como un sistema único). Esto significa que con cada cúbit adicional, el sistema puede manejar el doble de combinaciones posibles, lo que multiplica su potencia de cálculo. En cambio, en la informática clásica, la capacidad de cómputo crece de forma lineal: añadir más transistores (los componentes que procesan la información) mejora el rendimiento, pero cada uno solo aporta una unidad más de capacidad.
Lenguaje de programación
La computación cuántica carece de un código propio para programar y recurre al desarrollo e implementación de algoritmos muy específicos. Sin embargo, la informática tradicional cuenta con lenguajes estandarizados como Java, SQL o Python, entre muchos otros.
Funcionalidad
Un ordenador cuántico no es una herramienta para uso popular ni cotidiano, como un ordenador personal (PC). Estas supercomputadoras son tan complejas que solo tienen cabida en el ámbito corporativo, científico y tecnológico.
Arquitectura
La composición de un ordenador cuántico es distinta a la de uno convencional, y no tiene memoria ni procesador. Los equipos cuánticos se componen de un conjunto de cúbits que gracias a la superposición (0 y 1) y el entrelazamiento hacen que un ordenador cuántico sería capaz de probar todos los caminos al mismo tiempo gracias a la superposición y el entrelazamiento, encontrando la salida mucho más rápido.
Tasa de error
Mientras los ordenadores tradicionales operan con una precisión extremadamente alta y errores casi despreciables gracias a tecnologías maduras y sistemas de corrección muy eficientes, los ordenadores cuánticos todavía presentan tasas de error relativamente elevadas. Esta pérdida de coherencia cuántica (llamada decoherencia) se debe a que los cúbits son muy sensibles a perturbaciones externas como el calor, el ruido o las vibraciones, lo que puede alterar su estado cuántico y provocar fallos en los cálculos.
El salto cuántico de la computación
La velocidad de los ordenadores cuánticos
La computación cuántica contempla el uso de los qubits superconductores para disparar de forma exponencial la velocidad de los ordenadores.
La construcción de sistemas cuánticos más grandes
Los segmentos lineales de qubits han dado paso a un diseño de cuatro qubits superconductores sobre un chip de un cuarto de pulgada cuadrada.
La detección y minimización de errores cuánticos
La exposición al calor hace que los qubits sean más propensos a errores, pero ya se ha demostrado cómo identificar errores bit-flip y phase-flip en ellos.
La velocidad de los ordenadores cuánticos
La computación cuántica contempla el uso de los qubits superconductores para disparar de forma exponencial la velocidad de los ordenadores.
Fuente: Tech Target.
Condiciones de funcionamiento de un ordenador cuántico
Estos ordenadores son extremadamente sensibles y necesitan unas condiciones muy concretas de presión, temperatura y aislamiento para funcionar sin errores. La interacción de estas máquinas con partículas externas provoca fallos de medición y el borrado de las superposiciones de estados, de ahí que permanezcan selladas y se tengan que manejar a través de ordenadores convencionales.
Un ordenador cuántico necesita una presión atmosférica casi inexistente, una temperatura ambiente próxima al cero absoluto (-273 °C) y aislarse del campo magnético terrestre para evitar que los átomos se muevan y colisionen entre sí, o interactúen con el entorno. Además, estos sistemas funcionan durante intervalos muy cortos de tiempo, por lo que la información se termina dañando y no puede almacenarse, dificultando aún más la recuperación de los datos.
Principales aplicaciones de la computación cuántica
La computación cuántica aporta nuevas oportunidades para resolver problemas de los recursos computacionales clásicos. Estas posibilidades se pueden englobar en cuatro áreas:
- Simulación. Con mejoras en la simulación de I+D+i en medicinas, química e industria agroalimentaria; en modelos financieros complejos; en predicciones meteorológicas; o en la ciencia y el diseño de nuevos materiales.
- Inteligencia artificial. La computación cuántica permite la ejecución de modelos avanzados de aprendizaje automático o de grandes modelos de lenguaje, entre otros.
- Optimización. Esta tecnología posibilita una mejor gestión y medición del tráfico y las smart cities, las cadenas de suministro en tiempo real o las redes de distribución y telecomunicaciones, por ejemplo.
- Criptografía. Con la evolución de métodos de cifrado de datos y nuevos métodos de transmisión segura.
Con todo, algunas de las aplicaciones principales de la computación clásica son:
Finanzas
La computación cuántica puede transformar las finanzas al permitir una optimización mucho más rápida y precisa de carteras de inversión, analizando múltiples variables y escenarios simultáneamente para maximizar rendimientos y reducir riesgos. También mejora la detección de fraude al identificar patrones complejos y anomalías en grandes volúmenes de datos en tiempo real, y facilita simulaciones financieras avanzadas.
Salud
Este sector se beneficiaría en el desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos personalizados genéticamente, así como en la investigación del ADN. Los sensores cuánticos también pueden detectar cambios minúsculos en el cuerpo humano, permitiendo diagnósticos más tempranos y precisos de enfermedades como el cáncer. Además, permiten mejorar la imagenología médica con imágenes de alta resolución a nivel molecular, mejorando significativamente la calidad de las resonancias magnéticas y otros métodos.
Ciberseguridad
La potencia de los ordenadores cuánticos podría poner en riesgo los sistemas de encriptación tradicionales, ya que serían capaces de romper códigos que hoy se consideran inviolables. Sin embargo, al mismo tiempo, la computación cuántica impulsa avances revolucionarios en la protección de datos, como el Quantum Key Distribution (QKD). Este innovador método utiliza señales luminosas para transmitir claves de encriptación de forma extremadamente segura, ya que cualquier intento de interceptación altera el estado de las partículas cuánticas y puede ser detectado inmediatamente.
Movilidad y transporte
La computación cuántica permite diseñar medios de transporte más eficientes, un método que ya emplea Airbus en la conceptualización y desarrollo de aviones. Además, los cúbits permitirán avances notables en los sistemas de planificación del tráfico y la optimización de rutas. Los sensores cuánticos permiten también mejorar la precisión de los sistemas de navegación, especialmente en lugares donde las señales GPS son débiles o inexistentes, como en el espacio o bajo el agua.
Computación cuántica en el sector energético
La computación cuántica está empezando a abrir nuevas posibilidades en el sector energético, ofreciendo herramientas para optimizar la gestión de redes, mejorar la eficiencia de sistemas y acelerar el desarrollo de tecnologías limpias. Estas son algunas de las nuevas posibilidades:
¿En qué estado se encuentra actualmente la computación cuántica?
Este estado se puede medir gracias a la QTRL (Technology Readiness Level of Quantum Computing Technology), una escala que mide el nivel de madurez de las tecnologías de computación cuántica. Esta escala tiene nueve niveles, donde QTRL1 representa el nivel más bajo de preparación tecnológica y QTRL9 el más alto. Actualmente, la mayoría de las tecnologías de computación cuántica se encuentran en niveles intermedios de la escala QTRL, generalmente entre QTRL3 y QTRL5.
EE.UU., China y Europa están a la vanguardia en el desarrollo de la computación cuántica tanto en tecnología como en inversión. Le siguen Australia, Japón y Singapur también son un foco importante en el impulso de la computación cuántica. Entre los principales players mundiales, destacan:
- Google. El último chip cuántico de Google, Willow, con 105 qbits ha demostrado ser capaz de reducir significativamente los errores a medida que escala. Su tecnología base es “quantum annealing”.
- IBM. Desde Quantum System One, se ha enfocado en ordenadores cuánticos con fines comerciales, como el IBM Quantum System Two, ubicado en Yorktown Heights (Nueva York), diseñado para ser modular y flexible. El enfoque modular permite escalabilidad y adaptabilidad, aspectos críticos para la evolución de la infraestructura de computación cuántica.
Iniciativas de computación cuántica en las que participa Iberdrola
En Iberdrola estamos explorando el potencial de la computación cuántica para transformar la gestión energética del futuro, especialmente en el ámbito de las redes inteligentes. En colaboración con la empresa guipuzcoana Multiverse Computing
External link, opens in new window. , trabajamos en el desarrollo de algoritmos cuánticos aplicados a la optimización de flujos de potencia en la red eléctrica, lo que permitirá una mayor eficiencia en escenarios cada vez más complejos por la integración de renovables.
Además, participamos en el proyecto EMIE (Eficiencia de Modelos LLM para Industrias Estratégicas), una iniciativa del programa Hazitek (2024-2026) liderada también por Multiverse, cuyo objetivo es generar activos de conocimiento reutilizables y escalables —como algoritmos, formulaciones o patentes— basados en computación cuántica híbrida, aplicables a casos de uso reales en distribución energética. Este proyecto busca identificar y abordar con tecnologías cuánticas los grandes retos de optimización, procesado de información y simulación que presentan las redes inteligentes, abriendo el camino hacia aplicaciones industriales con valor de negocio en los próximos años.