El primero en introducir los conceptos de Física Cuántica fue Max Planck, un físico alemán cuya hipótesis venía a decir que la luz que nos llega está formada por pequeñas partículas como canicas (1900). El Nobel de Física (1918) descubrió que un objeto al ser expuesto a altas temperatura no solo puede llegar a emitir energía de forma continua, sino que también emite energía en pequeños paquetes llamados Cuantos.
Además, calculó por medio de una constante universal la cantidad de energía contenida en estos pequeños paquetes de energía. De esa forma dio origen a la mecánica cuántica, convirtiéndose en el padre de esta.
A principios de los ochenta del siglo XX el físico estadunidense Richard Feynman propuso la construcción de un computador cuyos estados internos fueran variables cuánticas. Este premio Nobel, junto con el también norteamericano Paul Benioff y el matemático ruso Yuri Manin, sentaron las bases de esta nueva computación, empezando así la segunda revolución cuántica.
William Daniel Phillips, otro premio Nobel de Física en 1997, valoró que la computación cuántica supone un salto tecnológico sin comparación a los que hemos vivido hasta ahora, más grande incluso que el existente entre el ábaco y la informática actual.
De acuerdo con expertos un ordenador cuántico sería capaz de ejecutar algoritmos que para los ordenadores actuales son muy difíciles y realizar cálculos rápidos que normalmente tardarían cientos o miles de años.
Los computadores cuánticos se encuentran en la misma fase que los sistemas de cómputo de los cincuenta: pueden ocupar una habitación completa. En unos diez años podrían estar disponibles a nivel comercial solo para gobiernos, laboratorios y grandes empresas, principalmente. No sería viable ni útil en computadoras personales.
Afortunadamente la computación cuántica ofrece la oportunidad de experimentar lo mismo que los pioneros de la informática en los sesenta del siglo pasado y ser protagonistas de esta nueva era.
Uno de estos precursores es Alberto Maldonado Romo, alumno de doctorado del Centro de Investigación en Computación (CIC) del IPN, quien posee sólidos conocimientos y habilidad para simular algoritmos cuánticos enfocados a la Inteligencia Artificial (IA).
Certificado por IBM en la materia, este joven estudiante obtuvo tres primeros lugares en el concurso Hackathon QHack, organizado por la empresa canadiense Xanadu Quantum Technologies.
En la competencia entre programadores, celebrada de manera virtual, Maldonado hizo equipo con Alejandro Montañez Barrera, de la Universidad de Guanajuato, para obtener el primer lugar en los rubros de Quantum Finance Challenge; Quantum Entrepreneurship Challenge; y OAOA Challenge.
Ambos lograron el triunfo al desarrollar un algoritmo híbrido —mitad cuántico y mitad clásico— para procesar y predecir una serie de finanzas de la bolsa de valores y así identificar el momento óptimo para invertir en acciones.
En entrevista con Vértigo el politécnico recuerda que participaron alrededor de dos mil estudiantes, desde nivel medio superior hasta posgrado, así como egresados y hasta especialistas, lo que hace el concurso muy complicado, pero considera que la experiencia, creatividad y trabajo en equipo fueron las claves para el éxito.
Simultaneidad
México cuenta con expertos en computación cuántica reconocidos internacionalmente por IBM y Maldonado es uno de los más activos, ya que organiza conferencias, seminarios, videos y animaciones que promueven esta área del conocimiento.
Nadie como él para explicar qué es la computación cuántica: “Una rama de estudio cuyo objeto es desarrollar tecnología informática a partir de los principios de la teoría cuántica. Según las leyes de la física cuántica, la tremenda capacidad de procesamiento de los ordenadores cuánticos se deriva de su capacidad de estar en múltiples estados y realizar tareas utilizando todas las permutaciones posibles de manera simultánea”.
Las computadoras que manejamos “habitualmente utilizan bits (binary digit o dígito binario) para almacenar información. El bit es la unidad mínima de información empleada en la informática tradicional. Cada bit puede tener dos valores: 0 o 1. Sin embargo, la informática cuántica utiliza como unidad mínima el cúbit. A diferencia del bit, que solo puede estar en uno de esos dos estados, el cúbit puede encontrarse en los estados 0 y 1 simultáneamente y almacenar mucho más”, comparte el mentor en cursos de computación cuántica.
El área de especialización de Maldonado es la mecánica cuántica aplicada, que se emplea para procesar soluciones a problemáticas sociales. Aunque ha tenido acceso a la computadora cuántica de la empresa Xanadu para el desarrollo de sus proyectos, se le cuestiona: ¿Es posible investigar en computación cuántica sin tener acceso a un ordenador cuántico?
“Se puede hacer, porque los algoritmos surgen de la creatividad. La mayoría trabajamos con simuladores para que al momento en que lleguen las computadoras cuánticas ya puedas confirmar si sirven o no tus proyectos. Se pueden diseñar pequeños simuladores en un ordenador convencional que imitan lo que hace un ordenador cuántico. Esto es lo que hemos estado haciendo hasta ahora: intentando en último término extrapolar cómo funcionará cuando tengamos acceso directo a la tecnología”, sostiene.
Maldonado tuvo acceso a la computadora cuántica de fotones de la empresa Xanadu de 100 cúbits para trabajar sus proyectos a través de la nube; de hecho, es la única vía que tienen los expertos de esta especialidad para lograr el acceso a los poderosos procesadores cuánticos.
“Hay que tener en cuenta que los ordenadores cuánticos no sustituyen a los actuales, sino que conviven en arquitecturas híbridas en las que un ordenador clásico envía al ordenador cuántico las instrucciones oportunas, recogiendo y procesando los resultados que este le devuelve”, aclara el especialista en aprendizaje profundo.
Para el doctorando del IPN la computación cuántica puede proporcionar el salto cualitativo y cuantitativo en términos de computación que la IA necesita para abordar problemas más complejos en muchos campos de los negocios y la ciencia.
Admirador del matemático alemán David Hilbert, manifiesta que existen cientos de aplicaciones interesantes para este nuevo tipo de informática en campos como economía y servicios financieros, química, medicina y salud, logística y cadena de suministro, energía y agricultura. Y, por supuesto, la informática cuántica impacta de modo fundamental en la ciberseguridad y en la IA.
Igualmente señala que con la creciente cantidad de datos generados en sectores como farmacéutico, financiero, comercial y negocios, las empresas pierden control por el volumen masivo de información. Para disponer de un mejor marco de datos ahora necesitan modelos complejos con un potencial de procesamiento suficiente. Y ahí es donde los ordenadores cuánticos están llamados a tener un papel muy importante.
Futuro cuántico
Actualmente las computadoras cuánticas trabajan con una cantidad aún pequeña de cúbits, unos 120.
La empresa Xanadu Quantum Technologies promete para 2030 un prototipo de un millón de cúbits.
Se espera que el valor de mercado de la computación cuántica se sitúe en torno de los dos mil 200 millones de dólares en 2026. Se calcula que para entonces habrá alrededor de 180 ordenadores cuánticos instalados. Estas cifras incluyen tanto equipos instalados en las propias empresas de computación cuántica que ofrecen servicios cuánticos, como máquinas locales en las instalaciones de clientes.
El acceso a servicios cuánticos alojados en la nube (QCaaS)) será la principal fuente de ingresos de las empresas de computación cuántica, representando 75 por ciento.