Cinco cosas que todo el mundo necesita saber sobre la computación cuántica

El poder de la retrospectiva es lo que nos permite comprender el significado total de los avances en la ciencia y la tecnología. El primer vuelo propulsado, por ejemplo, duró solo 12 segundos y cubrió menos de 40 metros. Hoy podemos apreciar la contribución de los hermanos Wright porque los aviones se han convertido en un hecho de la vida moderna.

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IEC e-tech
La Comisión Electrotécnica Internacional, IEC, publica cada dos meses la revista e-tech. Aquí se reproducen algunos de sus contenidos, traducidos por la Asociación Española de Normalización, UNE. e-tech incluye reportajes que muestran los beneficios de la aplicación de las normas electrotécnicas internacionales.
Michael A Mullane

Quizás no sea fácil apreciar completamente la importancia de la supremacía cuántica que un gigante tecnológico estadounidense y una universidad china afirman haber logrado en 2020 sin una retrospectiva. Este desafío se define como el uso de computadoras cuánticas para resolver problemas que los ordenadores de hoy en día no pueden solucionar.

 

Se trataba de dos experimentos muy elaborados que calculaban la aleatoriedad de una serie de números y verificaban la distribución de fotones, lo que puede parecernos tan útil como lo fue conseguir mantenerse en el aire durante unos segundos en 1903. Sin embargo, sí nos acercan un poco más a un futuro, quizás a 10 o 15 años de distancia, cuando la ciencia de la información cuántica parece abrir muchas oportunidades nuevas.

 

Ahora es el momento de comenzar a prepararse para la disrupción y, con esto en mente, hay cinco aspectos que todos debemos saber sobre la computación cuántica.

1. Las computadoras cuánticas funcionan de manera diferente

Las computadoras tradicionales actualmente almacenan datos usando bits. Tienen dos estados, encendido o apagado, representados como un 1 o un 0. La computación cuántica reemplaza los bits binarios con cúbits, que tienen más estados que cambian continuamente. Los cúbits pueden estar activados, desactivados o en algún punto intermedio al mismo tiempo. Este estado se llama “superposición” y permite que las computadoras basadas en cúbit realicen muchos más cálculos, mucho más rápido.

2. Las computadoras cuánticas de hoy son poco fiables

Las grandes corporaciones y algunas universidades ya están invirtiendo millones para comprar o desarrollar sus propias computadoras cuánticas. Otros muchos se están beneficiando de las computadoras cuánticas basadas en la nube.

 

Sin embargo, por el momento, las computadoras cuánticas son propensas a errores porque los cúbits son muy sensibles al “ruido” externo. Los cúbits solo funcionan “coherentemente” cuando se enfrían a milésimas de grado por encima del cero absoluto, lo que también los protege de los efectos desestabilizadores de la radiación, la luz, el sonido, las vibraciones y los campos magnéticos. Todo esto limita el tamaño y la complejidad de los problemas que las computadoras cuánticas pueden abordar actualmente.

3. Hay dos tipos de computación cuántica

La computación cuántica basada en puertas funciona de manera muy similar a la computación tradicional. Un transistor realiza una función booleana, esto es, una especie de lógica binaria, que se ve comúnmente en los motores de búsqueda avanzados que funciona con modificadores como “Y” o “NO”. El transistor recibe dos señales entrantes y, dependiendo de lo que encuentre, envía una nueva señal eléctrica. En el modelo cuántico, los cúbits reemplazan a los transistores.

 

Las computadoras basadas en el recocido cuántico adoptan un enfoque radicalmente diferente. Los atemperadores cuánticos ejecutan algoritmos de computación cuántica adiabáticos. En lugar de permitir el entrelazamiento de todos los cúbits, crean un entorno en el que solo son posibles conexiones locales restringidas. Cuando alcanzan la superposición, se pueden utilizar para mediar y controlar coherencias de mayor alcance. Esto los hace adecuados para una gama mucho más reducida de tareas, como resolver problemas de optimización, es decir, elegir la mejor solución entre todas las posibles. Actualmente se venden en torno a 8,25 millones de euros.

4. Las computadoras cuánticas afectarán la seguridad cibernética

Las computadoras cuánticas serán lo suficientemente potentes para descifrar los códigos de cifrado que hoy protegen todos nuestros datos confidenciales, desde la banca móvil hasta los registros médicos. Es por eso por lo que los científicos, en estos momentos, instan a los gobiernos y organizaciones a comenzar a explorar e implementar sistemas de cifrado cuántico.

 

Wikipedia define la criptografía cuántica como “la ciencia de explotar las propiedades de la mecánica cuántica para realizar tareas criptográficas”. Se basa en el comportamiento de las partículas cuánticas, que son unidades más pequeñas que las moléculas. Por ejemplo, un sistema de cifrado llamado distribución de clave cuántica (QKD) codifica mensajes utilizando las propiedades de las partículas de luz.

 

La única forma que tienen los piratas informáticos de desbloquear la clave es medir las partículas, pero el mero hecho de medir cambia el comportamiento de las partículas, lo que provoca errores que desencadenan alertas de seguridad.

5. Se están realizando trabajos de normalización

IEC e ISO han establecido un grupo de trabajo (WG 14) en su comité técnico conjunto sobre tecnología de la información (JTC 1) para identificar las necesidades de estandarización de la computación cuántica. Se espera que su trabajo pueda apoyar la evolución de la computación cuántica allanando el camino para una base de vocabularios comunes y mejores prácticas. Esto debería permitir a los desarrolladores centrar su atención en desafíos de nivel superior, en lugar de comenzar sus proyectos desde cero.

 

La criptografía cuántica es un área de interés para dos grupos de expertos clave:

 

  • ISO/IEC JTC 1/SC 27, cuya serie más conocida es la ISO/IEC 27000 de estándares de seguridad cibernética de TI.
  • IEC/TC 65 sobre medición, control y automatización de procesos industriales, que es responsable de la serie de Normas IEC 62443 sobre seguridad de sistemas de redes de comunicaciones industriales.

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