Todo comenzó el 14 de diciembre de 1900, cuando el científico Max Planck hizo un descubrimiento revolucionario sobre la energía. Planck descubrió que la energía no se libera de manera continua, como el agua que fluye de una canilla, sino en pequeños paquetes discretos llamados «cuantos» o «fotones». Imagine la energía como una escalera: solo puedes subir o bajar escalones individuales muy pequeños.

Planck también identificó una constante fundamental, conocida como la «constante de Planck» ( 6,626 × 10-34 Js), que nos permite calcular la energía de estos paquetes. Aunque es un número extremadamente pequeño, esta constante es crucial para entender cómo funciona el universo a nivel atómico.

Después de Planck, muchos otros científicos brillantes como Albert Einstein, Niels Bohr y Erwin Schrödinger realizaron descubrimientos que profundizan nuestra comprensión del mundo a escala microscópica, el mundo de los átomos y las partículas subatómicas. Esta rama de la física se conoce como «mecánica cuántica».

Uno de los conceptos más desconcertantes de la mecánica cuántica es el «principio de incertidumbre» de Heisenberg. Este principio establece que existen límites fundamentales en la precisión con la que podemos conocer ciertas propiedades de una partícula simultáneamente. Por ejemplo, si conocemos con exactitud la posición de una partícula, no podemos determinar con la misma precisión su momento (masa por velocidad), y viceversa, si conociéramos el momento de un electrón con absoluta precisión, su posición sería completamente desconocida.

La teoría cuántica ha sido fundamental para entender una amplia gama de fenómenos, desde el comportamiento de los átomos y los enlaces químicos hasta la conductividad de los metales, la interacción de la luz con la materia, el funcionamiento de los semiconductores, la superconductividad y la superfluidez. También explica propiedades térmicas como la radiación y magnéticas como el antiferromagnetismo. Las aplicaciones tecnológicas derivadas de la mecánica cuántica son numerosas, incluyendo el transistor, los láseres, la fibra óptica, la iluminación LED.

En las últimas décadas, los científicos comenzaron a explorar la posibilidad de utilizar estos principios aparentemente extraños para construir un nuevo tipo de computadoras.

La diferencia fundamental radica en cómo procesan la información. Las computadoras tradicionales utilizan ‘bits’, que solo pueden tener dos valores: 0 o 1. En cambio, las computadoras cuánticas usan ‘qubits’. Estos qubits, gracias al fenómeno de la superposición cuántica, pueden representar 0, 1 y ambos estados simultáneamente. Esto permite que los algoritmos cuánticos trabajen con todas las combinaciones posibles a la vez.

Esta capacidad de superposición permite que las computadoras cuánticas realicen múltiples cálculos en paralelo, lo que les permite resolver problemas que llevarían años a las computadoras convencionales en cuestión de segundos. Es como tener un ejército de computadoras trabajando juntas al mismo tiempo.

Construir computadoras cuánticas es un desafío de ingeniería enorme. Los científicos han tenido que desarrollar materiales y tecnologías innovadoras para crear «átomos artificiales» que obedezcan las leyes de la mecánica cuántica. Algunas de las tecnologías más prometedoras se basan en la superconductividad, la capacidad de ciertos materiales para conducir electricidad sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas.

IBM, Google y empresas chinas están invirtiendo fuertemente en la construcción de computadoras cuánticas basadas en estas tecnologías. Microsoft anunció Majorana 1, que está basada en fermiones de Majorana (que son su propia antimateria). Estos qubits teóricamente podrían ofrecer una mayor estabilidad y tolerancia a errores en comparación con otros tipos de qubits, lo que sería un avance significativo en la computación cuántica.
Aunque todavía estamos en las primeras etapas de desarrollo, la computación cuántica tiene el potencial de revolucionar la forma en que abordamos problemas complejos en diversos campos, desde el diseño de nuevos medicamentos y materiales avanzados hasta la optimización de procesos industriales y la inteligencia artificial.

En resumen, la mecánica cuántica, que inicialmente surgió como una herramienta para comprender el mundo natural, ahora está siendo utilizada para construir una nueva generación de computadoras que podrían transformar nuestra sociedad.

Explicación final extendida: Para entender mejor el impacto potencial de la computación cuántica, es útil considerar un ejemplo. Imagine que quiere encontrar la salida de un laberinto muy complejo. Una computadora tradicional tendría que probar cada camino uno por uno hasta encontrar la solución. Esto podría llevar mucho tiempo si el laberinto es muy grande.

Sin embargo, una computadora cuántica podría explorar todos los caminos simultáneamente gracias a la superposición de los qubits. Esto le permitiría encontrar la salida mucho más rápido. De manera similar, la computación cuántica podría acelerar enormemente la búsqueda de nuevos medicamentos, el diseño de materiales con propiedades específicas, la optimización de rutas de transporte y muchas otras tareas que requieren una gran cantidad de cálculos.

Además, la computación cuántica podría tener un impacto significativo en la criptografía, la ciencia de la codificación y el descifrado de información. Los algoritmos de encriptación actuales, que se consideran seguros para las computadoras tradicionales, podrían ser vulnerables a los ataques de las computadoras cuánticas, es por ello que ya está en desarrollo la criptografía a prueba de la computación cuántica, también conocida como criptografía post-cuántica (PQC), que es un conjunto de algoritmos que se espera que sean seguros contra ataques de computadoras cuánticas. Esto requerirá el desarrollo de nuevos métodos de encriptación cuántica para proteger la información en el futuro.

Si bien la computación cuántica todavía está en sus primeras etapas, el progreso en los últimos años ha sido notable. Los científicos están construyendo computadoras cuánticas cada vez más potentes y están desarrollando algoritmos cuánticos que pueden resolver problemas específicos de manera más eficiente que las computadoras clásicas. A medida que la tecnología avance, es probable que veamos una explosión de aplicaciones innovadoras que transformarán nuestra forma de vida y trabajo.

ALICIA BAÑUELOS

Científica