Computación cuántica en el horizonte:la perspectiva de un ingeniero

Ed Brown

(Imagen:phonlamaiphoto/Adobe Stock)

Mientras celebramos 2025, el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas, comencé a pensar en aplicaciones prácticas de la mecánica cuántica en computadoras, sensores y criptografía. Y encuentro que pensar en estas cosas desde el punto de vista de un ingeniero es todo un desafío.

Si Richard Feynman, que ganó un Premio Nobel por su trabajo sobre “electrodinámica cuántica”, no creía que nadie entendiera realmente la mecánica cuántica, ¿cómo puede tanta gente hoy en día hablar de que las computadoras cuánticas serán el próximo gran avance? Por otro lado, el propio Feynman expuso los fundamentos teóricos de las computadoras cuánticas en 1982, cuando dijo que “para modelar con precisión un sistema cuántico, los científicos necesitarían construir otro sistema cuántico”. Ese otro sistema es lo que ahora llamamos computadora cuántica.

Por ejemplo, según un artículo en Tech Briefs En nuestro sitio web, se espera que el campo de la computación cuántica alcance los 65 mil millones de dólares para 2030. En otro artículo, leemos:“Las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver problemas complejos en salud humana, descubrimiento de fármacos e inteligencia artificial millones de veces más rápido que algunas de las supercomputadoras más rápidas del mundo”.

Para agravar mi confusión, aprendí que "Las respuestas de las computadoras cuánticas se extraen de distribuciones de probabilidad. Las computadoras cuánticas no te dan un valor específico para una respuesta. Lo que hacen es decirte qué tan probable es". es que un determinado valor sea la solución correcta”; sus respuestas son “confusas”. “Desafortunadamente, ejecutar un algoritmo cuántico solo una vez no es suficiente. Para acercarse lo más posible a la respuesta "correcta", los informáticos realizan estos cálculos varias veces. Cada muestra reduce la incertidumbre. Es posible que la computadora necesite ejecutar el algoritmo miles de veces, o incluso más, para acercarse lo más posible a la distribución más precisa”. Pero hay una ventaja:"Las computadoras cuánticas ejecutan estos algoritmos tan rápido que todavía tienen el potencial de producir resultados mucho, mucho más rápido que los clásicos".

Bien, puedo aceptar la idea de utilizar la mecánica cuántica sin comprenderla realmente profundamente, pero tengo verdaderas dificultades para utilizar respuestas de una computadora cuántica que sean solo probabilidades. Como ingeniero, estoy acostumbrado a buscar soluciones fijas y viables para problemas del mundo real, no respuestas que digan, por ejemplo, que cuando presiono el botón de un ascensor, el ascensor probablemente ven a mi piso.

Después de décadas de trabajo como EE, Ed Brown de SAE Media Group está en su segunda carrera:editor tecnológico.

“Al recordar mis días de ingeniería y ver las últimas y mejores novedades como editor, me di cuenta de que tengo muchas ideas sobre lo que está sucediendo ahora a la luz de mis experiencias en ingeniería, y me gustaría compartir algunas de ellas ahora”.

Una de las mejores descripciones de la computación cuántica que encontré fue la de la física del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), Tara Fortier:"Cinco conceptos pueden ayudarlo a comprender la mecánica y la tecnología cuánticas, ¡sin matemáticas!". Ella explica que, aunque la “borrosidad” es una característica esencial de la computación cuántica, no es un defecto. "La física clásica gobierna el movimiento de las cosas que podemos ver, como pelotas de béisbol y planetas. La física cuántica es un mundo que no podemos ver fácilmente. Si alguna parte de la cuántica es sustancialmente diferente de la física clásica, es que la física a escala cuántica no sólo es granular sino también difusa".

Pero el Dr. Fortier señala que la naturaleza misma es confusa. Cuando ampliamos una imagen digital, está formada por píxeles individuales, que parecen tener límites bien definidos. Pero, "si pudieras acercarte a los átomos y las partículas subatómicas que componen el píxel, verías que las partículas subatómicas no están bien definidas; sus límites y comportamiento son algo confusos. Esto es similar a dibujar una línea "perfecta" con un lápiz y una regla. Si miraras esa línea con un microscopio, los bordes se verían más tambaleantes que rectos".

Entonces, supongo que se podría decir que una computadora cuántica ve el mundo de maneras que están más alineadas con cómo es realmente el mundo que una computadora digital, que solo nos da una muestra del mundo.

Pero aun así, como dijo Einstein, los comportamientos cuánticos son espeluznantes.

El artículo de Fortier hace que algunos de los comportamientos cuánticos sean más accesibles, pero todavía me resultan muy difíciles de digerir. Por ejemplo, el que he oído hablar desde que era niño:la luz es a la vez una onda y una partícula. A veces se comporta de una manera, como cuando las ondas de luz nos dan un arco iris, pero cuando la luz incide en un panel solar actúa como partículas. Es difícil para mí entender eso, pero puedo dejar de lado mis escrúpulos y simplemente aceptar que puede ser útil en ambos sentidos.

Luego está "el principio de incertidumbre de Heisenberg, que dice que el acto de medición perturba el estado cuántico del objeto". Entonces, ¿cómo se puede basar una computadora en los estados de partículas cuánticas si su medición las altera?

Pero para mí, lo más espeluznante de todo es el entrelazamiento cuántico:el estado cuántico de una partícula se correlaciona con el estado de otra, sin importar qué tan lejos estén unas de otras. Entonces, medir una partícula afecta el estado de su compañera. Sin embargo, existe un uso práctico para el entrelazamiento:claves criptográficas seguras.

Todo esto me hace pensar que creo que se necesita más que ciencia para desarrollar computadoras cuánticas prácticas:los ingenieros tendrán que aceptar trabajar con tecnología que realmente no pueden entender.