ricardo feynman dijo una vez: «Si crees que entiendes la mecánica cuántica, entonces no entiendes la mecánica cuántica». Si bien eso puede ser cierto, ciertamente no significa que no podamos intentarlo. Después de todo, ¿dónde estaríamos sin nuestra curiosidad innata?
Para comprender el poder de lo desconocido, vamos a desentrañar los conceptos clave detrás de la física cuántica, dos de ellos, para ser exactos (¡uf!). Todo es bastante abstracto, en realidad, pero esas son buenas noticias para nosotros, porque no es necesario ser un físico teórico ganador del Nobel para entender lo que está pasando. ¿Y que esta pasando? Bueno, averigüémoslo.
Sentando las bases
Comenzaremos con un breve experimento mental. El físico austriaco Erwin Schrödinger quiere que imagines un gato en una caja sellada. Hasta ahora tan bueno. Ahora imagine que se coloca un vial que contiene una sustancia mortal dentro de la caja. ¿Qué pasó con el gato? No podemos saber con certeza. Así, hasta que se observa la situación, es decir, abrimos la caja, el gato está vivo y muerto, o en términos más científicos, está en una superposición de estados. Este famoso experimento mental se conoce como el La paradoja del gato de Schrödingery explica perfectamente uno de los dos fenómenos principales de la mecánica cuántica.
La superposición dicta que, al igual que nuestro amado gato, una partícula existe en todos los estados posibles hasta el momento en que se mide. “Observar” la partícula destruye inmediatamente sus propiedades cuánticas, y voilà, vuelve a estar gobernada por las reglas de la mecánica clásica.
Ahora, las cosas están a punto de volverse más complicadas, pero no se desanime, incluso a Einstein le hizo retroceder la idea. Descrito por el propio hombre como “acción espeluznante a distancia”, el enredo es una conexión entre un par de partículas, una interacción física que resulta en su estado compartido (o falta de él, si nos basamos en la superposición).
El entrelazamiento dicta que un cambio en el estado de una partícula entrelazada desencadena una respuesta inmediata y predecible de la partícula restante. Para poner las cosas en perspectiva, lancemos al aire dos monedas enredadas. Posteriormente, observemos el resultado. ¿La primera moneda cayó en cara? Entonces la medida de la moneda restante debe ser cuentos. En otras palabras, cuando se observan, las partículas entrelazadas se contrarrestan entre sí. Sin embargo, no hay necesidad de tener miedo: el enredo no es tan común. Todavía no, eso es.
El probable héroe
“¿De qué sirve todo este conocimiento si no puedo usarlo?”, te estarás preguntando. Cualquiera que sea su pregunta, lo más probable es que computadora cuántica tiene la respuesta En una computadora digital, el sistema requiere bits para aumentar su poder de procesamiento. Por lo tanto, para duplicar la potencia de procesamiento, simplemente duplicaría la cantidad de bits; esto no es para nada similar en las computadoras cuánticas.
Una computadora cuántica utiliza qubits, la unidad básica de información cuántica, para brindar capacidades de procesamiento que no tienen comparación ni siquiera con las supercomputadoras más poderosas del mundo. ¿Cómo? Los qubits superpuestos pueden abordar simultáneamente una serie de posibles resultados (o estados, para ser más consistentes con nuestros segmentos anteriores). En comparación, una computadora digital solo puede procesar un cálculo a la vez. Además, a través del entrelazamiento, podemos amplificar exponencialmente el poder de una computadora cuántica, particularmente cuando se compara esto con la eficiencia de los bits tradicionales en una máquina digital. Para visualizar la escala, considere la gran cantidad de poder de procesamiento que proporciona cada qubit, y ahora duplíquelo.
nada es perfecto
Pero hay un problema: incluso las vibraciones y los cambios de temperatura más leves, a los que los científicos se refieren como «ruido», pueden hacer que las propiedades cuánticas decaigan y, finalmente, desaparezcan por completo. Si bien no puede observar esto en tiempo real, lo que experimentará es un error de cálculo. El deterioro de las propiedades cuánticas se conoce como decoherencia y es uno de los mayores contratiempos en lo que respecta a la tecnología que se basa en la mecánica cuántica.
En un escenario ideal, un el procesador cuántico está completamente aislado de su entorno. Para ello, los científicos utilizan frigoríficos especializados, conocidos como frigoríficos criogénicos. Estos refrigeradores criogénicos son más fríos que el espacio interestelar y permiten que nuestro procesador cuántico conduzca electricidad prácticamente sin resistencia. Esto se conoce como estado superconductor y hace que las computadoras cuánticas sean extremadamente eficientes. Como resultado, nuestro procesador cuántico requiere una fracción de la energía que usaría un procesador digital, generando exponencialmente más energía y sustancialmente menos calor en el proceso. En un escenario ideal, eso es.
Un (nuevo) mundo de posibilidades
Predicción meteorológica, modelización financiera y molecular, física de partículas… posibilidades de aplicación para la computación cuántica son enormes y prósperos.
Aún así, una de las perspectivas más tentadoras es quizás la de la inteligencia artificial cuántica. Esto se debe a que los sistemas cuánticos se destacan en el cálculo de probabilidades para muchas opciones posibles: su capacidad para proporcionar retroalimentación continua al software inteligente no tiene paralelo en el mercado actual. El impacto estimado es inconmensurable y se extiende a través de campos e industrias, desde IA en la automoción hasta la investigación médica. Lockheed Martin, el gigante aeroespacial estadounidense, se dio cuenta rápidamente de los beneficios y ya está liderando con el ejemplo con su computadora cuántica, usándola para probar el software del piloto automático. Toma nota.
Los principios de la mecánica cuántica también se utilizan para abordar problemas de ciberseguridad. La criptografía RSA (Rivest-Shamir-Adleman), uno de los métodos de encriptación de datos de referencia en el mundo, se basa en la dificultad de factorizar números primos (muy) grandes. Si bien esto puede funcionar con computadoras tradicionales, que no son particularmente efectivas para resolver problemas de múltiples factores, las computadoras cuánticas descifrarán fácilmente estos cifrados gracias a su capacidad única para calcular numerosos resultados simultáneamente.
Teóricamente, Distribución de claves cuánticas se encarga de esto con un sistema de encriptación basado en superposición. Imagina que estás tratando de transmitir información confidencial a un amigo. Para hacerlo, crea una clave de cifrado utilizando qubits, que luego se envían al destinatario a través de un cable óptico. Si los qubits codificados hubieran sido observados por un tercero, tanto usted como su amigo habrían sido notificados por un error inesperado en la operación. Sin embargo, para maximizar los beneficios de QKD, las claves de cifrado deberían mantener sus propiedades cuánticas en todo momento. Es más fácil decirlo que hacerlo.
Comida para el pensamiento
No se detiene allí. Las mentes más brillantes de todo el mundo intentan constantemente utilizar El entrelazamiento como modo de comunicación cuántica.. Hasta ahora, los investigadores chinos han podido transmitir con éxito pares de fotones entrelazados a través de sus Satélite Micius sobre un récord de 745 millas. Esa es la buena noticia. La mala noticia es que, de los 6 millones de fotones entrelazados emitidos cada segundo, solo un par sobrevivió al viaje (gracias, decoherencia). Sin embargo, una hazaña increíble, este experimento describe el tipo de infraestructura que podemos usar en el futuro para proteger las redes cuánticas.
La carrera cuántica también vio una reciente avance revolucionario de QuTechun centro de investigación en TU Delft en los Países Bajos: su sistema cuántico opera a una temperatura de más de un grado más cálida que el cero absoluto (-273 grados Celsius).
Si bien estos logros pueden parecer insignificantes para usted y para mí, la verdad es que, intento tras intento, esta investigación innovadora nos acerca un paso más a la tecnología del mañana. Sin embargo, una cosa permanece sin cambios, y es la evidente realidad de que aquellos que logren aprovechar con éxito el poder de la mecánica cuántica tendrán la supremacía sobre el resto del mundo. ¿Cómo crees que lo usarán?