El hardware cuántico o computadoras cuánticas son, en palabras simples, máquinas que pueden realizar acciones que tomarían incluso miles de años, en pocos segundos.
Por ejemplo, Google ha dado detalles sobre el diseño y funcionamiento de su computadora cuántica Sycamore, que ejecutó una tarea en 200 segundos, y que a la computadora tradicional más veloz le hubiera tomado 10 mil años.
Esa es la capacidad de una computadora cuántica, pero ¿qué es lo que hace que sean tan increíbles?
La mayoría de los procesadores cuánticos que existen en la actualidad utilizan cúbits superconductores, que se fabrican con materiales como niobio y aluminio. Estos materiales tienen la propiedad de que pueden conducir electricidad sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas.
Otra tecnología de cúbits utiliza iones atrapados en campos electromagnéticos. Estos cúbits se manipulan mediante pulsos de láser y se han utilizado para realizar cálculos cuánticos simples.
Las computadoras cuánticas también se componen de cúbits fotónicos que utilizan partículas de luz para representar información cuántica. Estos cúbits son muy estables y se pueden transmitir a través de fibra óptica, lo que los hace ideales para la comunicación cuántica.
Además de estos materiales, también se están investigando otros para su uso en hardware cuántico, como los topológicos y los basados en defectos de diamante.
De acuerdo con IBM, las computadoras cuánticas son máquinas cada vez más pequeñas, que conforme han avanzado las investigaciones, requieren menos energía que las supercomputadoras.
“Un procesador IBM Quantum es una oblea no más grande que la que se puede encontrar en una computadora portátil. Un sistema de hardware cuántico tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil, compuesto principalmente por sistemas de enfriamiento para mantener el procesador superconductor a una temperatura operativa ultra fría”, describe IBM, una de las empresas más avanzadas en el desarrollo del cómputo cuántico.
La compañía detalla que las computadoras de escritorio tradicionales utilizan ventiladores para enfriarse y trabajar de manera adecuada.
En cambio, los procesadores cuánticos deben estar muy fríos, alrededor de una centésima de grado sobre cero, y para lograr eso IBM utiliza “superfluidos superenfriados para crear superconductores”.
También explica que a esas temperaturas ultrabajas, algunos materiales en sus procesadores exhiben otro efecto mecánico cuántico importante, que es que los electrones se mueven a través de ellos sin resistencia. Es por esto que los convierte en “superconductores”.
“Las computadoras cuánticas están preparadas para transformar la forma como se trabaja en la investigación. Las computadoras tradicionales se congelan tratando de modelar sistemas naturales, incluidas reacciones químicas y plegamiento de proteínas. Las computadoras cuánticas ofrecen un nuevo conjunto de herramientas para comprender el universo”, ejemplifica IBM.
Nube y Edge
La tecnología de la Nube y Edge juegan un papel importante en el desarrollo y aplicación de la computación cuántica.
De acuerdo con las empresas que se dedican al desarrollo e investigación como IBM o Google, la computación cuántica requiere una gran cantidad de recursos computacionales y capacidad de almacenamiento para manejar y procesar la información cuántica.
Por ello, la tecnología de la Nube permite acceder a recursos escalables y flexibles para almacenar y procesar datos cuánticos, lo que resulta fundamental para el desarrollo de esta área.
La computación cuántica aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo y los ordenadores cuánticos disponibles son limitados y costosos, por lo que la tecnología de la Nube permite a investigadores, científicos y empresas acceder a estos recursos de manera remota sin necesidad de poseer un ordenador cuántico físico.
Por otro lado, el Edge Computing o cómputo en el borde se refiere a la ejecución de procesos y tareas de manera descentralizada, más cerca de los dispositivos y sensores donde se generan los datos.
Los investigadores explican que en el contexto de la computación cuántica esto puede ser relevante para reducir la latencia y mejorar la eficiencia en la comunicación entre los dispositivos cuánticos y los sistemas en la Nube.