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Mientras los científicos e ingenieros del CERN se afanan en reparar el Large Hadron Collider, con la esperanza de encontrar – entre otras cosas – al elusivo Bosón de Higgs, otros miles de físicos, matemáticos e informáticos buscan con similar afán al no menos escurridizo qubit.
El qubit o quantum binary digit, es el equivalente cuántico del bit, es decir, no se trata de una partícula elemental o de una propiedad física de la materia. Conceptualmente, es una unidad de almacenamiento de información, al igual que el bit, pero con características que lo hacen mucho más poderoso, flexible y conveniente.
Un bit almacena uno de dos valores posibles – usualmente decimos que son 0 o 1 – y el qubit también. En un momento dado el bit sólo puede estar en uno de dos estados, encendido o apagado, en representación de un 0 o un 1, mientras que el qubit, gracias a la superposición cuántica, puede no solo estar en uno de esos dos estados sino en cualquier combinación posible de ellos.
Los expertos en informática, acostumbrados al panorama discreto (de estados plenamente identificables) que presentan los sistemas digitales, pueden sentir la tentación de ver a la superposición como un tercer estado para el qubit (yo mismo quería verlo así al principio) pero esta idea sería incorrecta. Un tercer estado implicaría que al estar en superposición el qubit no puede estar en estado 0 o en 1, ya que los estados son excluyentes, como sucede por ejemplo con ciertos dispositivos electrónicos tri-state.
La superposición implica que el qubit puede de hecho estar en los dos estados simultáneamente, o en cualquiera de sus combinaciones (25% de 0 y 75% de 1 por ejemplo). Es más, un sistema de dos qubits podría estar en los cuatro estados que resultan de combinar el 0 y 1 (00, 01, 10 y 11) y en cualquier combinación posible de esos cuatro estados (00 combinado con 01, combinado con 10, combinado con 11). En general N qubits pueden estar en cualquier combinación de 2N estados.
Los microprocesadores actuales de 32 o 64 bits procesan entradas y salidas de ese tamaño. Un procesador cuántico con 32 qubits de entrada y salida sería capaz de procesar los 232 estados posibles de la entrada y entregar el máximo de 232 salidas diferentes en un solo paso o en una sola computación.
Claro que no sería posible considerar todos los resultados en simultáneo. Pero si el problema es tal que luego de aplicar todo ese poder de cómputo lo que interesa nada más es una de las 232 salidas, por ser la que resuelve el problema, entonces ese problema es adecuado para computación cuántica.
Uno de tales problemas es el de factorizar un número entero sabiendo que es el resultado de multiplicar dos números primos. Si el número es grande la cantidad de ciclos de procesamiento para una computadora clásica (se llama así a las computadoras no cuánticas, creo que es por analogía con la física clásica) sería enorme. Tan grande sería que para algunos números simplemente se considera irrealizable y por ello los números que se forman de multiplicar dos primos grandes son la base de ciertos algoritmos de encriptamiento y seguridad de transmisión de datos, ya que para desencriptar la información se necesita encontrar los dos números primos que factorizan el número entero, y esto, como ya se dijo, se considera irrealizable con las computadoras actuales.
Una computadora cuántica sería capaz de realizar todas las operaciones necesarias en un solo paso, si tiene la cantidad de qubits necesaria. Si tiene menos puede requerirle un poco más de tiempo, pero aun así sería mucho menos tiempo de lo que tomaría en el otro caso.
La búsqueda de la forma ideal de darle vida práctica al qubit y a la computación cuántica se ha mostrado casi tan ardua como la de la comprobación experimental de la existencia del Bosón de Higgs. Entre los numerosos candidatos considerados para implementar el qubit están el electrón ya que su espín tiene dos valores y por superposición puede estar en cualquier combinación de los dos; algunos iones, y técnicas que implican superconductividad o nanotecnología. Ambas búsquedas por tanto, ocurren en el microcosmos que es dominio de la mecánica cuántica.
Hay mucho trabajo por hacer ya que la opinión general es que la computación cuántica está apenas en su infancia.

El Qubit

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