Empreses com IBM o Google ja han revelat els primers ordinadors quàntics de la història. Aquesta innovació tecnològica representa un avenç comparable al que va suposar l’arribada dels primers ordinadors a mitjans de segle XX.
Pot ser que el nom ens faci pensar que es tracta d’un altre avenç més en la informàtica tradicional, però la veritat és que la computació quàntica és radicalment diferent a la tecnologia que utilitzen els nostres ordinadors. Precisament per aquest motiu, trigarà a arribar a l’entorn domèstic.
No obstant, això no impedeix que la computació quàntica tingui una gran quantitat d’aplicacions que descobrirem aviat. En aquest article t’expliquem en què consisteix exactament la computació quàntica, i quins usos se li donaran en el futur pròxim.
Què és la computació quàntica?
Per a entendre com funciona la computació quàntica i tota la seva informació, és útil recordar primer el funcionament de la computació clàssica. Un ordinador tradicional empra un sistema binari, basat en el bit com a unitat fonamental d’informació. Això significa que tots els elements de l’ordinador tradueixen l’impuls elèctric en 1, si el voltatge és alt, o 0 si és baix o nul.
Aquest sistema permet representar números i realitzar diferents operacions lògiques amb ells. No obstant això, té una limitació fonamental: els números no canvien per si sols, sinó que cadascun d’ells ha de canviar-se deliberadament mitjançant una operació matemàtica, que consumeix energia i temps.
La computació quàntica introdueix un salt quantitatiu molt important: la unitat mínima és el cúbit, que pot tenir un valor de 1, 0 o tots dos alhora en diferents percentatges (per exemple, 1 al 60% i 0 al 40%). Això permet una gran varietat d’estats intermedis, que s’aconsegueixen mitjançant processos com la superposició o l’entrellaçament. El que sí permeten fer aquests processos, és realitzar càlculs que estan fora de l’abast d’un ordinador clàssic.
L’avantatge principal que ofereixen els ordinadors quàntics és l’optimització en el processament de dades. De fet, la computació quàntica no reemplaçarà als ordinadors clàssics, sinó que es combinarà amb ells en una estructura híbrida: el dispositiu informàtic tradicional pot enviar dades i instruccions a l’ordinador quàntic, que processa les dades a gran velocitat i els retorna.
Les aplicacions de la programació quàntica són virtualment infinites. Disciplines com la química, la medicina, la logística, l’economia i l’agricultura es beneficiaran del processament i càlcul de dades complexes a gran velocitat. Sens dubte, un altre camp en el qual cobrarà vital importància serà el de la intel·ligència artificial i la seguretat en línia: la potència d’un ordinador quàntic permetrà que els dispositius tecnològics analitzin dades i reaccionin a ells amb una rapidesa molt major.
Origen de la computació quàntica
Encara que les primeres aplicacions pràctiques de computació quàntica són molt recents, totes es basen en la física quàntica, la teoria de la qual es va desenvolupar al llarg del segle passat. Albert Einstein i Max Planck van observar que la llum no es propaga en una ona contínua, sinó en diversos conjunts o quants diferents. Els posteriors estudis en mecànica quàntica van revelar que aquestes unitats se superposen, fent que diversos estats físics se superposin alhora.
Encara que la superposició va permetre concebre un ordinador quàntic a mitjan segle XX, va sorgir un altre problema: la física quàntica demostrava que hi havia estats intermedis, però la informàtica clàssica sempre els llegiria com a bits. Utilitzant l’exemple anterior, un ordinador tradicional processaria un cúbit d’1 al 60% i 0 al 40% i l’interpretaria com 1.
El que va permetre el desenvolupament de la computació quàntica va ser l’entrellaçament. Aquest procés va permetre el descobriment de l’algorisme de Shor i el tremp quàntic, que agilitzen el càlcul de valors mínims i els factors primers. Això fa que l’ordinador sigui capaç de xifrar els estats intermedis i processar dades a gran velocitat.
Diferències entre la computació usual i la computació quàntica
Ja hem explorat algunes diferències entre la computació clàssica i la quàntica: la unitat bàsica que utilitzen, el llenguatge que es deriva d’aquestes i la velocitat de processament. Aquests factors deriven en diferències radicals d’aplicació: la informàtica quàntica és capaç d’executar algorismes que un ordinador clàssic trigaria milers d’anys a realitzar, tret que tingués una memòria il·limitada.
El funcionament radicalment diferent d’un ordinador quàntic també té com a conseqüència diferències en la seva construcció: l’ordinador quàntic d’IBM és un dispositiu conservat en vidre i cobert de cables, i no té dispositius convencionals com a pantalles o teclats. Hi ha dos motius: En primer lloc, de moment només són capaços de processar informació, per la qual cosa no necessiten una interfície. A més, funcionen en unes condicions molt estrictes: requereixen una temperatura de -273 °C i tenen components superconductors.
Avanços i reptes en computació quàntica
Tenint en compte la dificultat de construcció i conservació d’un ordinador quàntic, és evident que l’aplicació d’aquesta nova tecnologia es farà esperar uns quants anys més. No obstant això, ja hi ha hagut uns certs avanços significatius en computació quàntica: el primer ordinador quàntic es va presentar en 1998, i l’algorisme de Shor es va executar per primera vegada només tres anys més tard.
A principis d’aquest segle, l’empresa D-Wave va estar al capdavant del progrés en computació quàntica: en 2007 va aconseguir executar el tremp quàntic amb 16 cúbits, i aquest mateix any va presentar un ordinador de 2000 cúbits. IBM ha presentat ja dispositius capaços d’executar altres algorismes, per la qual cosa podem esperar que s’aconsegueixin noves fites en els pròxims anys.
No obstant això, abans caldrà però, solucionar diversos obstacles als quals s’enfronta la computació quàntica avui dia. Els ordinadors quàntics tenen un temps de càlcul molt limitat, després del qual la informació perd precisió. Això es deu al fet que els cúbits són molt inestables i condueixen a errors de càlcul amb facilitat. A més, la tecnologia híbrida entre informàtica clàssica i computació quàntica fa necessari desenvolupar un algorisme quàntic, abans del qual serà difícil que els avanços tecnològics s’apliquin en els dispositius habituals.
En resum, sembla que de moment la computació quàntica només estarà a l’abast de grans empreses que necessitin fer càlculs computacionalment costosos. Per exemple, companyies com Google o Microsoft podran utilitzar-los per a desenvolupar el machine learning o reproduir processos bioquímics, i agències de seguretat els utilitzaran per a desxifrar codis encriptats i augmentar la seguretat. A nivell usuari haurem d’esperar per a veure els resultats a les nostres llars, però el creixement exponencial de la computació quàntica és, al menys, molt prometedor.