Computación cuántica: definición, función, ventajas y ejemplos

Jan Schäfer

Con el rápido progreso de la inteligencia artificial, los ordenadores clásicos llegan cada vez con más frecuencia a sus límites. Esto se debe a que necesitan mucho tiempo para procesar enormes cantidades de datos. La informática cuántica podría cambiar esta situación. La tecnología tiene el potencial de realizar cálculos que hasta ahora han sido imposibles para los ordenadores clásicos.

Pero, ¿de qué es capaz hoy la computación cuántica? ¿Qué puede esperar la sociedad de esta tecnología en el futuro? Explicamos en detalle cómo funciona la computación cuántica, en qué se diferencia del aprendizaje automático y la inteligencia artificial (IA) y cómo pueden beneficiarse de ella las empresas.

Resumen de los hechos más importantes

  • La computación cuántica es una tecnología que permite realizar cálculos mucho más complejos de lo que pueden hacer los ordenadores.
  • Los futuros campos de aplicación de los ordenadores cuánticos serán la logística, las finanzas y la fabricación.
  • Con Konfuzio, las empresas implementan el aprendizaje automático avanzado en sus procesos, haciéndolos más eficientes y competitivos. Pruebe gratis el programa
definición de computación cuántica

Explicación de la informática cuántica

La informática cuántica es una tecnología basada en los principios de la teoría cuántica. Mecánica cuántica basados. En lugar de los bits clásicos, que son 0 ó 1, los ordenadores cuánticos utilizan los llamados qubits, que pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo. Lo que esto significa en la práctica es que son capaces de realizar cálculos mucho más complejos que los ordenadores o las computadoras. Superordenador rendimiento. Disponen de una enorme potencia de cálculo, crucial para determinadas tareas como la factorización de grandes números o la simulación de moléculas complejas.

La computación cuántica puede cambiar el mundo de la encriptación, inteligencia artificial e investigación de materiales.

Empresas e investigadores de todo el mundo trabajan para desarrollar ordenadores cuánticos y explorar sus aplicaciones. Aunque esta revolucionaria tecnología está aún en pañales, las perspectivas de futuro son prometedoras. Los científicos esperan que la computación cuántica resuelva numerosos problemas, como la Problema del viajante de comercio, la optimización de las cadenas de suministro y la simulación de sistemas biológicos complejos, resolverán problemas actualmente insuperables para los ordenadores clásicos.

¿Cómo funciona la computación cuántica?

La computación cuántica permite abordar problemas en ámbitos como la criptografía, la investigación de materiales y la optimización de procesos de formas que resultan difíciles para los ordenadores clásicos. Se abren así nuevas posibilidades de descubrimientos científicos y avances tecnológicos. A ello contribuyen las siguientes funciones y características de los ordenadores cuánticos:

Superconductor

Los bits cuánticos o qubits son los componentes básicos de los ordenadores cuánticos. Están encerrados en materiales especiales llamados superconductores. Los superconductores permiten que los qubits funcionen a bajas temperaturas cercanas al cero absoluto, minimizando los efectos térmicos perturbadores. En la práctica, esto significa que un ordenador cuántico utiliza superconductores para mantener los qubits a temperaturas cercanas al cero absoluto para garantizar su estabilidad.

Superposición

Los qubits pueden existir en estados de superposición. Esto significa que pueden estar en varios estados a la vez, a diferencia de los bits clásicos, que son 0 ó 1. Un ordenador cuántico permite calcular simultáneamente diferentes soluciones a un problema de optimización. Un ordenador cuántico permite calcular simultáneamente distintas soluciones a un problema de optimización manteniendo los qubits en estados de superposición.

Enredo

Los qubits entrelazados están conectados entre sí, de modo que una medición en un qubit afecta inmediatamente al estado del otro, independientemente de la distancia que los separe. En la comunicación cuántica, los investigadores pueden utilizar qubits entrelazados para establecer comunicaciones seguras a larga distancia. 

Interferencias

La interferencia cuántica aprovecha las propiedades de las funciones de onda para realizar cálculos de forma más eficaz, amplificando o anulando los resultados entre sí. Un ordenador cuántico utiliza esta interferencia para encontrar la solución más precisa a un problema matemático complejo. Para ello, atenúa los resultados no deseados y amplifica los deseados.

¿Por qué necesitamos la computación cuántica?

La computación cuántica es capaz de resolver muchos problemas de la ciencia y la sociedad más rápidamente que los ordenadores convencionales. Para la práctica científica, esto significa que la computación cuántica profundiza nuestra comprensión del mundo y nos ofrece soluciones innovadoras a retos sin resolver.

La computación cuántica podría permitir a la sociedad acelerar en el futuro cálculos complejos en química, medicina y ciencia de materiales, por ejemplo.

Por ejemplo, la tecnología permitiría desarrollar nuevos fármacos con mayor rapidez al comprender mejor cómo interactúan las moléculas. Además, las empresas y instituciones públicas Utilizar la informática cuántica para el cifrado con el fin de aumentar la seguridad de los datos.

Computación cuántica frente a aprendizaje automático

Computación cuántica y Aprendizaje automático son tipos de tecnologías informáticas, pero funcionan de distinta manera. Los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos o qubits, que, a diferencia de los bits clásicos, pueden ser 0 y 1 al mismo tiempo. Esto les permite resolver ciertos problemas, como la factorización de números grandes, más rápido que los ordenadores clásicos.

El aprendizaje automático, por su parte, es una tecnología de software que permite a los ordenadores aprender de los datos y reconocer patrones. Las empresas y organismos públicos lo utilizan principalmente en aplicaciones como el reconocimiento de imágenes y la traducción de idiomas. 

Además, la madurez de las dos tecnologías es una diferencia importante. El aprendizaje automático ya forma parte del día a día de muchas empresas, mientras que la computación cuántica aún está en fase de desarrollo.

Sin embargo, el progreso de la computación cuántica también ha tenido un gran impacto en el aprendizaje automático.

Porque: en inteligencia artificial, los ordenadores cuánticos resuelven más rápidamente problemas complejos de optimización, lo que también permite un mayor desarrollo en áreas como el aprendizaje automático. Por ejemplo, el entrenamiento de redes neuronalesutilizados en el aprendizaje automático son muy costosos desde el punto de vista computacional. En el futuro, los ordenadores cuánticos podrían ayudar a acelerar estos procesos de entrenamiento y permitir así el desarrollo de modelos avanzados. 

informática cuántica ai diferencias

Computación cuántica frente a inteligencia artificial

La computación cuántica y la inteligencia artificial son tecnologías avanzadas que se complementan en algunos ámbitos, pero que también pueden utilizarse de forma independiente. Mientras que los ordenadores cuánticos son capaces de realizar cálculos complejos más rápido que los clásicos, la inteligencia artificial permite a las máquinas aprender tareas y tomar decisiones similares a las humanas.

La computación cuántica aún no se utiliza en los procesos cotidianos. Esto se debe principalmente a que el hardware aún no está listo para el mercado. En el futuro, sin embargo, la tecnología podría resolver problemas complejos en ámbitos como la criptografía. La inteligencia artificial, por su parte, funciona con ordenadores convencionales. Se utiliza en ámbitos como el reconocimiento de imágenes y el procesamiento del lenguaje. Es mucho más fácil acceder a ella, por lo que ya se utiliza en todas las industrias hoy en día. 

Ventajas de la computación cuántica

Aunque la computación cuántica está aún en pañales y sólo unas pocas empresas como Google, IBM y Microsoft trabajan en el desarrollo de esta tecnología, su potencial para todas las industrias es enorme. ¿Cuáles son los beneficios potenciales de la computación cuántica? 

Cálculos más rápidos

La computación cuántica permite realizar cálculos exponencialmente más rápidos que los ordenadores convencionales. Por ejemplo, un ordenador cuántico es capaz de realizar algoritmos criptográficos complejos como RSA o CEC descifrar en segundos, mientras que los ordenadores convencionales necesitan muchos años para hacerlo. Esto tiene implicaciones de gran alcance para la seguridad de la transmisión y el almacenamiento de datos.

Optimización

Los ordenadores cuánticos permiten resolver complejos problemas de optimización en ámbitos como Logística, Finanzas y ciencias de los materiales de forma más eficiente. Imaginemos que una empresa quiere optimizar su cadena de suministro para minimizar los costes de transporte y mejorar los plazos de entrega. Un ordenador cuántico tiene en cuenta innumerables variables para tomar las mejores decisiones en tiempo real. Esto supone un enorme ahorro y un aumento de la eficiencia.

Simulación de sistemas cuánticos

Los ordenadores cuánticos simulan sistemas cuánticos, lo que resulta útil para la investigación química. Porque: en la investigación química, la simulación de moléculas y procesos de mecánica cuántica requiere mucho tiempo. Un ordenador cuántico realiza esta tarea de forma eficiente, lo que acelera el desarrollo de nuevos fármacos, ya que los científicos comprenden mejor las interacciones entre moléculas.

Inteligencia artificial

La computación cuántica acelera el entrenamiento de los modelos de aprendizaje automático, lo que resulta útil en aplicaciones como el reconocimiento de imágenes y el procesamiento del lenguaje. En la práctica, esto significa que aplicaciones como el reconocimiento de imágenes pueden funcionar con mayor rapidez y precisión. Esto es especialmente útil en ámbitos como la imagen médica o la garantía de calidad automatizada en la fabricación.

Cifrado

La comunicación cuántica permite un cifrado seguro porque las escuchas se detectan mediante principios cuánticos. Un ejemplo de ello es la llamada distribución cuántica de claves, en la que las partes intercambian claves cifradas cuánticamente que son extremadamente seguras contra los intentos de escucha, ya que cualquier alteración de la clave se detecta inmediatamente. Se trata de una función importante, sobre todo para el sector financiero.

caso de uso de la computación cuántica

Caso práctico de la computación cuántica

La computación cuántica se utiliza cuando es necesario procesar enormes cantidades de datos. Para entender mejor cómo funciona, veamos un caso de uso:

Desafío

En la investigación médica, los científicos se enfrentan a menudo al reto de identificar las causas genéticas de enfermedades raras pero graves. Un ejemplo concreto es la búsqueda de las causas genéticas de una forma rara de Distrofia muscularque hasta ahora no está claro. Analizar la enorme cantidad de datos genómicos de los pacientes afectados es una tarea que lleva mucho tiempo y desborda a los ordenadores convencionales.

Solución de computación cuántica

En este caso, la computación cuántica acelera considerablemente el análisis del genoma:

Reconocimiento de patrones más rápido

Un ordenador cuántico identifica patrones y mutaciones en los genomas de pacientes que podrían estar relacionados con la distrofia muscular en cuestión de horas, en lugar de semanas.

Evaluación masiva de datos

La enorme capacidad de procesamiento de un ordenador cuántico permite el análisis paralelo de cientos de secuencias genómicas. Esto acelera la comparación de datos de pacientes y favorece la identificación de variantes genéticas comunes.

Simulación de procesos biológicos complejos

Los ordenadores cuánticos simulan las interacciones entre los genes defectuosos y las fibras musculares afectadas a nivel atómico. Esto ayuda a comprender los mecanismos exactos de la enfermedad y a impulsar el desarrollo de terapias.

Ejemplo práctico

Supongamos que un equipo de investigadores se enfrenta al reto de encontrar las causas genéticas de una forma rara de distrofia muscular juvenil. Tienen acceso a los datos genómicos de 200 pacientes afectados y sus familias. Con un ordenador cuántico utilizable, son capaces de,

  • identificar patrones genéticos asociados a la enfermedad en horas en lugar de meses,
  • Identificar variantes genéticas comunes entre pacientes que podrían ser útiles para desarrollar una terapia.
  • realizar simulaciones atómicas para descubrir cómo funcionan los genes defectuosos y desarrollar enfoques terapéuticos específicos.

Límites de la computación cuántica

La computación cuántica conlleva algunos retos que los investigadores aún no han podido resolver. Siguen topándose con estas limitaciones de la tecnología:

LimitaciónExplicación
Tolerancia a fallosLos ordenadores cuánticos son propensos a errores debidos a influencias ambientales como las fluctuaciones de temperatura. Esto hace que se pierdan qubits y afecta a la precisión de los cálculos.
Tiempo de coherencia de bits cuánticosEl tiempo de coherencia de los qubits es limitado. Esto significa que los qubits sólo almacenan y procesan información durante un tiempo limitado. Si los qubits tardan demasiado en retener información, los cálculos se vuelven impracticables.
Conectividad de bits cuánticosConectar qubits a grandes distancias es difícil porque el acoplamiento de los qubits se vuelve ineficiente al aumentar la distancia. Esto limita la escalabilidad.
Falta de algoritmos cuánticos universalesSólo se conoce un número limitado de algoritmos cuánticos que resuelven más rápidamente los problemas clásicos. Hasta ahora, no existe ningún algoritmo cuántico eficiente para todos los Problemas NP-completos.
Refrigeración necesariaLos ordenadores cuánticos deben enfriarse a temperaturas bajas cercanas al cero absoluto para preservar los efectos cuánticos. Esto hace que su funcionamiento sea costoso y poco práctico.
Corrección cuántica de erroresPara corregir errores en los ordenadores cuánticos se necesitan códigos especiales de corrección de errores. Estos códigos requieren qubits y recursos adicionales.
Disponibilidad limitada de hardwareEl hardware cuántico aún no está muy extendido y es de difícil acceso, lo que limita la investigación y el desarrollo en este campo.
Complejidad cuántica del softwareLa programación de ordenadores cuánticos requiere conocimientos especiales y es compleja. Esto limita el acceso de muchos desarrolladores a la computación cuántica.
Principio de incertidumbre cuántica de HeisenbergLa medición de estados en un sistema cuántico afecta a estos estados, lo que dificulta las mediciones y los cálculos precisos.
Teletransporte y comunicación cuánticosEl envío de información cuántica a larga distancia está limitado por el teorema de no clonación, que restringe la eficacia de la comunicación cuántica.

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