¿Los ordenadores cuánticos suenan a ciencia ficción? En realidad ya resuelven problemas que los sistemas clásicos no podrían resolver ni aun en la vida del universo. Vamos a ver cómo lo consiguen — y por qué esto interesa no solo a los físicos.
Por qué a veces los ordenadores clásicos se quedan cortos
Los bits en un procesador son como una bombilla: apagada — 0, encendida — 1. Para la mayoría de tareas cotidianas eso basta, pero en cuanto se trata de simular moléculas complejas, buscar rutas óptimas para la logística global o diseñar materiales con propiedades cuánticas, la cantidad de combinaciones crece exponencialmente. Un ordenador clásico debe probar las opciones una por una y pronto choca con límites físicos.
Imagine una biblioteca enorme donde solo se enciende la luz de una sala a la vez. El ordenador clásico entra en cada sala por turnos. El cuántico “ilumina” todo el archivo a la vez gracias a la superposición de qubits: como el gato de Schrödinger que simultáneamente duerme y no duerme en todas las estanterías.
El qubit: un superhéroe cuántico
Superposición
El qubit no es «0 o 1», sino «0 y 1» a la vez, descrito por la fórmula |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩.
Analogía cotidiana: una moneda girando sobre el borde. Mientras gira, no se puede decir si es cara o cruz — actúa la superposición.
Entrelazamiento
Dos qubits pueden «vincularse» de modo que la medición del primero determine instantáneamente el estado del segundo, incluso si están en continentes distintos.
Ejemplo: compras un par de guantes, los separas en cajas y los envías a distintos almacenes. Al abrir una caja y ver el guante derecho, sabes al instante que en la otra está el izquierdo.
Interferencia
Las ondas en el agua pueden reforzarse o anularse mutuamente. Las amplitudes de los qubits se comportan igual. Los algoritmos se diseñan para que las respuestas «nocivas» se cancelen entre sí y las deseadas se amplifiquen.
Cómo se construye un ordenador cuántico
Plataformas físicas
- Circuitos superconductores — una unión Josephson en el chip, enfriada hasta 15 milikelvin (IBM, Google).
- Trampas de iones — iones de calcio sostenidos por un «burbuja» electromagnética, y pulsos láser que actúan como puertas lógicas (Quantinuum, IonQ).
- Qubits fotónicos — la información se codifica en la polarización de fotones individuales (Xanadu, PsiQuantum).
- Puntos cuánticos en silicio — los electrones están literalmente en una «caja de arena» de semiconductor (Intel).
Control y lectura
Sobre cada qubit se ocupa una «orquesta» clásica de generadores de pulsos, equipo de microondas y crioelectrónica. Envía las puertas lógicas y luego lee una señal débil para saber si el «resultado cuántico» cayó en 0 o en 1. Por eso incluso una pequeña unidad de procesamiento cuántico (QPU) del tamaño de una moneda suele ir acompañada de un armario con refrigeradores, cables y amplificadores.
Corrección cuántica de errores
Los qubits reales son ruidosos: calor, rayos cósmicos e incluso la vibración del suelo pueden alterar el estado cuántico. El truco de los físicos es «codificar un qubit lógico en cien físicos» para que los errores se corrijan mutuamente. Similar a un arreglo RAID en almacenamiento de datos, solo que la matemática es mucho más sofisticada (Surface Code, Bacon–Shor).
Algoritmos cuánticos sin fórmulas
Shor: factoriza por completo
El algoritmo de Shor descompone números grandes en factores exponencialmente más rápido que los métodos clásicos. Para la criptografía RSA es como si, en lugar de una ganzúa, llegara una excavadora a tu garaje.
Grover: buscar la aguja con eficacia
El algoritmo de Grover encuentra el elemento buscado en una lista no ordenada de tamaño N en aproximadamente √N pasos. Si un ordenador clásico pasara una guía telefónica en un minuto, el cuántico «la sacudiría» y de inmediato resaltaría la página correcta.
Esquemas cuánticos variacionales (VQE, QAOA)
La era NISQ (NISQ: cuántica de escala intermedia y ruidosa) usa un híbrido: el chip cuántico genera superposiciones y el clásico optimiza parámetros. Ya se aplica en la búsqueda de conformaciones estables de proteínas, la valoración de riesgo de carteras en bolsa y la optimización de rutas de reparto.
Limitaciones y desafíos
Decoherencia: el tiempo de «vida» de un qubit ahora es milisegundos (trampas de iones) o microsegundos (superconductores).
Ruido: cada operación añade probabilidad de error, así que para una ventaja cuántica útil hacen falta millones de qubits «buenos» con corrección, no solo cientos «crudos».
Ingeniería: mantener 10 000 qubits a 15 mK y controlar millones de pulsos es un reto comparable a un vuelo a Marte.
El sector avanza por tres vías: mejorar el hardware, desarrollar códigos de error avanzados y crear nuevos algoritmos que usen eficazmente dispositivos ruidosos. Es posible que la arquitectura final sea heterogénea: supercomputadora+GPU+QPU como un equipo de mejores amigos, donde cada miembro resuelve la parte adecuada de la tarea.
¿Para qué sirve todo esto a un usuario corriente?
- Medicamentos mejores. Las simulaciones cuánticas precisas acelerarán el desarrollo de moléculas y reducirán costes.
- Energía verde. Búsqueda de catalizadores para producir hidrógeno barato o superconductores a temperatura ambiente.
- Finanzas. Escenarios complejos de valoración de riesgo y optimización de carteras serán más precisos.
- Logística. Modelos cuánticos ayudarán a entregar paquetes más rápido y con menor huella de carbono.
Conclusión
El qubit es «0 y 1» en una pequeña arena, y el ordenador cuántico es un estadio de esas arenas, donde las ondas de probabilidad, al entrelazarse y anularse, encuentran soluciones accesibles solo al lenguaje de la naturaleza. La tecnología aún no ha salido del jardín de infancia, pero ya aprende a abordar problemas que hacen sudar al silicio clásico. Los próximos diez años mostrarán si será el nuevo iPhone de la era del cálculo o si permanecerá como una excentricidad de laboratorio. Por ahora las apuestas son altas y los experimentadores son persistentes.
