Revolucionando el Presente: Tecnología Cuántica y sus Consecuencias Actuales

Tecnología Cuántica
Tecnología Cuántica

El ascenso de las tecnologías cuánticas y sus aplicaciones en diversas industrias, así como su impacto en la vida diaria, marca el comienzo de una nueva era. ¿Cómo se entrelazan con otras tecnologías digitales y de qué manera afectan a distintos sectores productivos? ¿Estamos preparados en la región para capitalizar las oportunidades de innovación que acompañan a estas tecnologías?

Revolucionando el Presente: Tecnología Cuántica y sus Consecuencias Actuales

En 1900, el físico alemán Max Planck abrió las puertas al fascinante mundo de la física cuántica con su teoría sobre los cuerpos negros y la radiación, conocida más tarde como la Ley de Planck. La semilla de la computación cuántica fue plantada por primera vez en 1982, gracias a Richard Feynman (galardonado con el Premio Nobel de Física en 1965), quien contempló la simulación de sistemas en mecánica cuántica mediante otros sistemas cuánticos.

El fenómeno del entrelazamiento cuántico revela una característica sorprendente de las partículas elementales: después de permanecer unidas por un tiempo, comparten la misma identidad incluso después de ser separadas.

Cualquier modificación que realicemos en una de estas partículas se reflejará instantáneamente en la otra, incluso si están separadas por miles de kilómetros. Einstein denominó a este fenómeno como «acción espeluznante a distancia». Este vínculo es tan robusto que no es posible alterar el grado de entrelazamiento entre dos partículas manipulando una de ellas de manera individual mientras se encuentran en estado de entrelazamiento cuántico.

En las décadas de los 40 y 50 del siglo XX, se erigieron las primeras computadoras de uso general y los primeros circuitos integrados. Dos décadas más tarde, en los años 70, emergió Internet, nacieron Microsoft y Apple, dando inicio a una carrera hacia la digitalización, la interconexión de dispositivos y personas, y la globalización a gran escala. Hoy, casi medio siglo después del inicio de la era digital, podríamos estar ante el umbral de una nueva era: la era cuántica, que promete una disrupción tecnológica en todos los niveles.

¿QUÉ ES LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA?

Constituye una rama revolucionaria de la informática fundamentada en los principios de superposición de la materia y entrelazamiento cuántico. Su enfoque difiere de manera significativa de la computación tradicional, teóricamente siendo capaz de almacenar una cantidad considerablemente mayor de estados por unidad de información y de ejecutar algoritmos notablemente más eficientes en términos numéricos, como el algoritmo de Shor o el temple cuántico.

Asimismo, esta nueva generación de superordenadores se nutre del conocimiento de la mecánica cuántica, la disciplina de la física que se adentra en el estudio de partículas atómicas y subatómicas. Su propósito es superar las limitaciones presentes en la informática clásica.

A pesar de los desafíos prácticos asociados con la escalabilidad y la decoherencia en la computación cuántica, esta ofrece la capacidad de realizar múltiples operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta la programación actual en la escala nanométrica.

¿QUÉ ES UN QUBIT?

Dentro del ámbito de la informática cuántica, la unidad fundamental de información es el qubit, en contraste con el bit convencional. La característica clave de este sistema alternativo radica en su capacidad para mantener una superposición coherente de unos y ceros, los elementos fundamentales del sistema binario que sustenta toda la computación. A diferencia del bit, que solo puede asumir un valor a la vez, ya sea uno o cero, el qubit presenta la singularidad de poder representar ambos valores simultáneamente y, además, en diferentes proporciones.

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Esta propiedad distintiva de la tecnología cuántica permite que un qubit exista como cero y uno al mismo tiempo, proporcionando una variedad de estados que otorgan una ventaja significativa. Por ejemplo, un ordenador cuántico con tan solo 30 qubits tiene la capacidad de llevar a cabo 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, superando en gran medida el rendimiento de la videoconsola PlayStation más potente disponible en el mercado, que realiza aproximadamente 5,8 billones de operaciones por segundo.

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COMPUTACIÓN CLÁSICA VS COMPUTACIÓN CUÁNTICA

Las marcadas divergencias entre la computación clásica y la computación cuántica marcan la transición hacia una nueva era: la era cuántica. Aquí destacamos algunas de las diferencias fundamentales:

1. Unidades Básicas de Información:
– En la computación clásica, se utilizan transistores que representan el paradigma binario con valores fijos de 1 o 0.
– Las computadoras cuánticas emplean qubits, capaces de representar simultáneamente los valores 0 y 1, gracias a la superposición y el entrelazamiento cuántico. Esto permite que los qubits tomen múltiples valores al mismo tiempo, realizando cálculos inalcanzables para una computadora convencional.

2. Resolución de Problemas Complejos:
– Las computadoras cuánticas poseen la capacidad de resolver problemas de optimización complejos, tareas prácticamente imposibles o que llevarían miles de millones de años a una computadora clásica.
– Se espera que la computación cuántica acelere el desarrollo del aprendizaje automático a escalas sin precedentes.

3. Escalabilidad de Potencia:
– La potencia de una computadora cuántica experimenta un crecimiento exponencial en función del número de qubits interconectados.
– A diferencia de una computadora convencional, cuya potencia aumenta en proporción directa al número de transistores.

4. Eficiencia Energética:
– Las computadoras cuánticas destacan por su mayor eficiencia ambiental al reducir el consumo de energía hasta 1000 veces en comparación con las computadoras clásicas. Esto se logra gracias al uso de túneles cuánticos en lugar de depender de una mayor demanda eléctrica.

5. Fragilidad Extrema:
– A pesar de su potencial, las computadoras cuánticas son extremadamente sensibles. Cualquier vibración puede tener impactos significativos en los átomos, llevando a un fenómeno conocido como decoherencia cuántica.

En resumen, la computación cuántica se posiciona como una herramienta diferente centrada en la resolución de problemas complejos. A su vez, la computación clásica continúa siendo esencial para abordar problemas de menor complejidad. Es crucial entender que la tecnología cuántica no busca reemplazar a las computadoras clásicas, sino complementarlas en el abordaje de desafíos específicos.

Tecnología Cuántica y sus Consecuencias Actuales

Todos estos fenómenos subatómicos ofrecen la base para desarrollar tecnologías altamente disruptivas. Es factible identificar algunas tecnologías cuánticas emergentes con un potencial impacto significativo en la sociedad: la computación cuántica, la simulación cuántica, la criptografía cuántica, la óptica cuántica, la metrología cuántica, los relojes atómicos y los sensores cuánticos.

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IMPACTO DE LAS TECNOLOGÍAS CUÁNTICAS Y SUS CONSECUENCIAS

El concepto de «tecnología cuántica» ha cobrado relevancia recientemente, aunque tecnologías de larga data, como el láser o la resonancia magnética (IRM), que aprovechan fenómenos cuánticos, no se les había asociado directamente con lo cuántico hasta ahora. A pesar de no ser las primeras tecnologías en explorar este ámbito, las tecnologías cuánticas emergentes, que aprovechan de manera más directa el potencial subatómico, prometen tener un impacto significativo.

CIBERSEGURIDAD

La programación cuántica no solo presenta riesgos, sino que también impulsa avances significativos en la encriptación de datos, como el revolucionario Quantum Key Distribution (QKD). Esta innovadora técnica de transferencia de información sensible utiliza señales luminosas para identificar cualquier intento de interferencia en el sistema, proporcionando así un nivel superior de seguridad. Se espera que los futuros computadores cuánticos puedan vulnerar la criptografía que resguarda las comunicaciones en Internet, telefonía y tecnologías como blockchain, internet de las cosas y redes 5G.

Aunque se estima que tomará aproximadamente una década desarrollar computadoras cuánticas con tal capacidad, su eventual llegada plantea la posibilidad de que ninguna comunicación esté a salvo de la vigilancia.

Inclusive, agencias de estándares y seguridad, como el NIST y la NSA, han desaconsejado el uso de algoritmos y protocolos de criptografía actuales durante más de tres años, sugiriendo la criptografía cuántica como una alternativa segura, aunque su implementación a gran escala requerirá cambios sustanciales en hardware e infraestructura.

AVANCES SIGNIFICATIVOS EN LA IA Y ROBOTICA

La computación y simulación cuántica emergen como catalizadores potenciales para acelerar el desarrollo de la inteligencia artificial y la robótica. La introducción de algoritmos cuánticos ofrece una vía para abordar problemas altamente complejos que resultan desafiantes con los métodos clásicos y técnicas actuales.

De este modo, estos avances podrían traducirse en mejoras significativas en áreas como el mapeo de expresiones del lenguaje, teoría de juegos, clasificación de imágenes, procesamiento de lenguajes naturales, entre otras aplicaciones. La capacidad de la computación cuántica para abordar problemáticas que están más allá del alcance de la computación clásica podría marcar un hito en el desarrollo de soluciones más avanzadas en inteligencia artificial y robótica.

REVOLUCIÓN CUÁNTICA EN FARMACOLOGÍA Y GENÉTICA

En el ámbito de la farmacología y la genética, la búsqueda de medicamentos efectivos implica actualmente años de experimentación y pruebas en laboratorios. Sin embargo, la computación y simulación cuántica tienen el potencial de transformar esta realidad al permitir la fabricación de medicamentos personalizados. Esta capacidad se logra mediante la simulación precisa de la interacción entre sustancias químicas y órganos u organismos a nivel molecular, una tarea actualmente imposible para las computadoras convencionales.

Se destaca el sector privado iniciando movimientos significativos en este campo, destacando la alianza estratégica entre 1Qbit (una empresa pionera en computación cuántica), Accenture y Biogen. Su objetivo es diseñar una aplicación cuántica de comparación molecular con el propósito de acelerar el desarrollo de medicamentos para trastornos neurológicos complejos, tales como esclerosis múltiple, Alzheimer, Parkinson y la enfermedad de Lou Gehrig. Este enfoque innovador tiene el potencial de revolucionar la forma en que se descubren y desarrollan los tratamientos médicos.

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AVANCES REVOLUCIONARIOS EN DETECCIÓN DE TUMORES

En el campo de la medicina, se han logrado avances extraordinarios mediante la aplicación de la óptica cuántica. Un instituto japonés ha desarrollado técnicas innovadoras que permiten la detección de tumores en menos de media hora, utilizando métodos no invasivos y no perjudiciales para el cuerpo. Este proceso se basa en el análisis de la emisión y recepción de ondas electromagnéticas, marcando un hito significativo en la eficiencia y seguridad de los métodos de diagnóstico médico.

MOVILIDAD Y TRANSPORTE

Empresas líderes como Airbus están aprovechando la computación cuántica para diseñar aeronaves más eficientes. Además, la capacidad de los qubits promete mejoras destacadas en los sistemas de planificación del tráfico y la optimización de rutas, abriendo la puerta a avances significativos en la movilidad y el transporte.

ENERGIA Y AGRICULTURA SOSTENIBLE

Se vislumbra una aplicación sumamente prometedora. La fabricación de amoníaco, esencial para la producción de fertilizantes y que actualmente consume entre el 1% y 2% de la energía mundial, enfrenta desafíos considerables. Este proceso implica la disociación de moléculas de nitrógeno, que, en la actualidad, solo se logra mediante altas presiones y temperaturas. Sin embargo, se ha identificado una enzima derivada del nitrógeno que podría revolucionar este panorama, posibilitando la producción de amoníaco con un costo energético residual significativamente reducido.

Fundamentalmente, esto no solo contribuiría a la eficiencia energética, sino que también impactaría positivamente en el precio de los alimentos. Para aprovechar al máximo esta enzima, se requiere un entendimiento preciso de ciertos procesos químicos, y los ordenadores cuánticos robustos se presentan como herramientas ideales para alcanzar este conocimiento.

Además, la capacidad de simular crisis financieras, mejorar las predicciones meteorológicas o incluso prever catástrofes naturales son algunas de las muchas aplicaciones que esta nueva era tecnológica promete ofrecer.

PERSPECTIVAS GLOBALES

Numerosos gobiernos de naciones altamente desarrolladas están destinando recursos significativos a la investigación y desarrollo de tecnologías cuánticas. China encabeza este impulso con un programa nacional que supera los 10.000 millones de dólares y que ya ha desplegado un satélite para facilitar las comunicaciones cuánticamente encriptadas a nivel intercontinental. La Unión Europea sigue de cerca, con una inversión de 1200 millones de dólares, seguida por Estados Unidos, que ha asignado 1300 millones de dólares a este fin.

En contraste, en América Latina y el Caribe no se observa la existencia de estrategias nacionales con fondos específicos destinados a programas de investigación y desarrollo en estas tecnologías. En algunos países, la carencia de investigadores destacados en estos campos es evidente, mientras que en otros, como Brasil o Argentina, donde existen laboratorios capaces de fabricar tecnología cuántica, aún falta un sector privado con el conocimiento y la capacidad necesarios para impulsar un mercado tecnológico en esta dirección.

«Los entornos tecnológicos no son meramente, pasivos recipientes de personas, son procesos activos que reconfigurar a las personas y otras tecnologías similares»

Herbert Marshall Mcluhan
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