La computación cuántica puede procesar información en una escala que a la computación clásica le es imposible. Por eso se dice que esta tecnología tiene el potencial de transformar el mundo. Así, aunque todavía hay muchos desafíos técnicos que deben ser superados, la investigación en este campo avanza rápidamente.
En este marco, la Universidad Nacional de La Plata forma parte de los esfuerzos que se realizan tanto en las universidades nacionales como en institutos del CONICET, en los que trabajan equipos de investigación dedicados a estudiar diversos temas vinculados a la computación cuántica y a las tecnologías cuánticas en general. Se trata de aportes que van desde las propiedades teóricas hasta el desarrollo de aparatos de medición muy precisos, generadores de números aleatorios y llaves criptográficas. Algunas de estas líneas de investigación han sido reforzadas por el recientemente creado programa Interinstitucional de Fortalecimiento de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas de la Argentina.
El físico Federico Holik, investigador del Instituto de Física La Plata (IFLP) de la Facultad de Ciencias Exactas (UNLP- CONICET) explicó que “una de las áreas de investigación más promisorias es la que se conoce como computación cuántica en la nube, que consiste en manipular computadoras cuánticas de forma remota, a través de internet”,
“Argentina tiene un gran potencial para incursionar en este campo de investigación a través del desarrollo de software orientado al procesamiento de datos”, agregó.
En ese sentido, se proponen usar los dispositivos cuánticos disponibles para estudiar, desarrollar y perfeccionar técnicas de detección de estados en sistemas reales y experimentalmente realizables mediante las tecnologías actuales.
Si bien aún es una tecnología en desarrollo, ya hay prototipos de computadoras cuánticas funcionando en la actualidad en el exterior. Además, algunas compañías que las desarrollan permiten a estudiantes e investigadores acceder a éstas de forma gratuita.
Posicionarse en el campo
Uno de los principales usos de las computadoras cuánticas disponibles es el de la investigación en ciencia básica para estudiar las propiedades de múltiples sistemas con una precisión elevada. Estos estudios son fundamentales para comprender, por ejemplo, la física del diseño de materiales o las propiedades de los procesos que tienen lugar en el cuerpo y la biología. Esto está vinculado al uso de computadoras cuánticas como simuladores. El estudio de sistemas cuánticos con muchos componentes constituye un desafío enorme para la ciencia y, en particular, tiene un alto costo computacional si se utilizan computadoras convencionales. El desarrollo de computadoras cuánticas y su aplicación a la simulación de sistemas cuánticos complejos podría dar un gran impulso a todas estas investigaciones.
Teniendo en cuenta que estos desarrollos podrían redundar en importantes ventajas tecnológicas, resulta fundamental posicionarse tempranamente en el área formando recursos humanos que estén preparados para enfrentar los desafíos que se plantean en relación al problema del acceso y la manipulación de estos dispositivos.
La importancia en la Argentina
En el caso puntual de nuestro país, el desarrollo de estas metodologías es de gran importancia para adquirir independencia a la hora de manipular y certificar tecnologías cuánticas. La capacitación y formación es fundamental para que Argentina pueda posicionarse desde un principio en este campo en desarrollo.
Cabe destacar que recientemente, la UNLP dictó el curso de postgrado “Introducción a la información y la computación cuántica”.
¿Cómo funciona la computación cuántica?
Mientras que la computación clásica utiliza bits para representar información y realizar cálculos, la computación cuántica utiliza qubits, que son sistemas cuánticos que pueden estar en una superposición de estados y entrelazados entre sí. La capacidad de los qubits para estar en superposición de estados y entrelazados permite realizar ciertos cálculos de manera más eficiente que las computadoras clásicas.
También, el desarrollo de computadoras cuánticas podría tener implicaciones en la medicina, en el área de defensa, en el desarrollo de nuevos materiales, las finanzas y las telecomunicaciones. Un ejemplo es el de la seguridad informática: si se lograra desarrollar una computadora cuántica en su pleno potencial, sería posible quebrar algunos protocolos de seguridad informática en cuestión de minutos o segundos. “El desarrollo exitoso de estas tecnologías podría provocar un cambio disruptivo, con profundas implicaciones sociales”, aseguró el físico.
Por estos motivos, tanto las grandes compañías tecnológicas, así como los gobiernos de Estados Unidos, Reino Unido, China y la Unión Europea, vuelcan cuantiosos recursos al desarrollo de computadoras cuánticas y otras tecnologías basadas en la física cuántica.
El potencial de transformar el mundo
Una de las características más importantes de la computación cuántica es que puede manejar y procesar información en paralelo, lo que significa que puede realizar múltiples cálculos al mismo tiempo. Esto es posible gracias a los qubits, que son la unidad básica de información en la computación cuántica y que pueden representar múltiples estados simultáneamente.
La capacidad de procesamiento novedosa que ofrece la computación cuántica puede llevar a cabo mejoras significativas en áreas como la criptografía, la simulación de sistemas complejos, la optimización de procesos y la inteligencia artificial. Por ejemplo, se espera que la computación cuántica pueda romper sistemas de encriptación que actualmente se consideran seguros, lo que podría tener implicaciones significativas para la seguridad de la información.
En este sentido cabe destacar que ya hay en marcha algoritmos de encriptación pos cuánticos, es decir, resistentes al “ataque” de una computadora cuántica. También, la Teoría de la Información Cuántica puede ser usada para desarrollar claves claves criptogràficas súper seguras
Además, la computación cuántica puede utilizarse para simular sistemas complejos, como moléculas y materiales, lo que podría tener aplicaciones importantes en la investigación y el desarrollo de nuevos materiales y medicamentos. También podría ayudar a resolver problemas de optimización en áreas como la logística y la planificación, y mejorar la capacidad de la inteligencia artificial para analizar y procesar grandes cantidades de datos.
Con todo, aunque todavía hay muchos desafíos técnicos que deben ser superados para construir computadoras cuánticas a gran escala, la investigación en este campo continúa avanzando rápidamente.
Cabe destacar que Holik integra el equipo de investigación que fue seleccionado por el Conicet y Amazon Web Services (AWS) por su proyecto “Algoritmos para la estimación y generación de estados cuánticos con simetrías”. También integran el equipo los doctores Diego Tielas (UNLP-IFLP), Lorena Rebón (UNLP-IFLP), Marcelo Losada (UNC-CONICET), y la estudiante Giannina Zerr (UBA).
