A beginner's guide to quantum computing | Shohini Ghose

Traductor: Lily María Bello SánchezRevisor: Analia Padin Juguemos un juego. Imaginen que están en Las Vegas, en un casino, y deciden jugar un juegoen una de las computadoras, como cuando jueganal solitario o al ajedrez. La computadora puede hacer jugadascomo si fuera un jugador humano. Este va a ser un juego de monedas. Empieza con una moneda mostrando cara, y la computadora juega primero. Puede decidir entre lanzar la moneda o no, pero Uds. no podrán ver el resultado. Ahora es su turno. Uds. también pueden decidirentre lanzar la moneda o no, y su jugada no le será revelada a su oponente, la computadora. Finalmente la computadora juega de nuevo y puede lanzar la moneda o no. Después de estas tres rondas, se muestra la moneda. Si es cara, gana la computadora. Si es sello, ganan Uds. Es un juego muy simple. Si todos juegan honestamente y si la moneda es imparcial, tienen un 50 % de probabilidad ganar. Para confirmarlo, le pedí a mis alumnos que jugaraneste juego en sus computadoras. Después de muchos intentos, su tasa de éxito resultó seralrededor del 50 %, como se esperaba. Parece un juego aburrido, ¿cierto? Pero ¿qué pasaría si pudiéramos jugarlo en una computadora cuántica? Por ahora, en Las Vegas no haycomputadoras cuánticas, hasta donde yo sé, pero IBM ha construidouna computadora cuántica. Aquí está. Pero ¿qué es una computadora cuántica? Bueno, la física cuántica describe el comportamiento de los átomosy de las partículas fundamentales, como los electrones y los fotones. La computadora cuántica opera controlandoel comportamiento de estas partículas, pero de una manera completamentediferente a las computadoras normales. Así que una computadora cuánticano es solo una versión más poderosa de nuestras computadoras actuales. Así como la bombilla no esuna vela más poderosa. No se puede fabricar una bombillafabricando velas cada vez mejores. La bombilla tiene una tecnología diferente y se basa en un conocimientocientífico más profundo. Asimismo, una computadora cuánticaes una nueva clase de dispositivo, basado en los principiosde la física cuántica. Y así como la bombilla transformó la sociedad, las computadoras cuánticastienen el potencial de impactar muchos aspectos de nuestras vidas, incluyendo nuestra seguridad, la atención médica e incluso el internet. Empresas de todo el mundo trabajanpara construir estos dispositivos. Y para ver de qué se trata todo esto, vamos a jugar este juegoen una computadora cuántica. Desde aquí puedo ingresara la computadora cuántica de IBM, o sea que puedo jugar de forma remota, y Uds. también. Para que esto funcione, recordaránque recibieron un correo de TED preguntándoles si elegiríanlanzar la moneda o no, en caso de jugar el juego. En realidad les pedimos que eligieranentre un círculo y un cuadrado. No lo sabían, pero el círculosignificaba "lanzar la moneda" y el cuadrado era "no lanzar". Recibimos 372 respuestas. Gracias. Significa que podemos jugar 372 rondascontra la computadora cuántica usando sus selecciones. Y es un juego bastante rápido, así que les mostraré los resultados. Lamentablemente, no les fue muy bien. (Risas) La computadora cuánticaganó casi todas las rondas. Solo perdió algunas porque tuvoerrores operativos en el sistema. (Risas) Entonces, ¿cómo logróesta increíble racha de victorias? Parece magia o una trampa, pero realmente es solofísica cuántica en acción. Así es cómo funciona. Una computadora normal simula las caraso sellos de una moneda como un bit: un cero o un uno, o una corriente que circula o nodentro del chip de la computadora. Una computadora cuántica es completamente diferente. Un bit cuántico tiene una identidadmás fluida, no binaria. Puede existir en una superposición,o una combinación de cero y uno, con cierta probabilidad de ser ceroy cierta probabilidad de ser uno. En otras palabras, su identidadestá en un espectro. Por ejemplo, puede tener un 70 %de probabilidad de ser cero y un 30 % de probabilidad de ser uno. O puede ser 80-20, o 60-40. Las posibilidades son infinitas. La idea principal aquí es que debemos dejar de ladolos valores precisos de cero y uno y dar lugar a cierta incertidumbre. Así que durante el juego, la computadora cuántica creaesta combinación fluida de caras y sellos, cero y uno, de modo que no importasi el jugador lanza o no: la superposición se mantiene intacta. Es como si estuvieran revolviendouna mezcla de dos fluidos. Ya sea que revuelvan o no,los fluidos se mantienen en la mezcla. Pero en su última jugada, la computadora cuántica puede separar el cero y el uno, y recuperar sin problemas la carade modo que Uds. siempre pierden. (Risas) Si piensan que esto es algo extraño,tienen toda la razón. No existen las monedas con una mezcla de cara y sello. No vivimos esta realidad cuántica fluida en nuestra cotidianidad. Así que si los confundeesto de la teoría cuántica no se preocupen que lo están entendiendo. (Risas) Pero aun sin experimentaresta rareza cuántica, podemos ver sus efectos reales en acción. Ya han visto los datos. La computadora cuántica ganó porque aprovechó la superposición y la incertidumbre. Estas propiedades cuánticas son poderosas no solo para ganaren juegos de monedas, sino también para construirfuturas tecnologías cuánticas. Les daré tres ejemplosde potenciales aplicaciones que podrían cambiar nuestras vidas. En primer lugar, la incertidumbre cuánticapodría usarse para crear claves secretas para cifrar mensajes enviados de una ubicación a otra. Así, los piratas informáticos no podríancopiar las claves a la perfección debido a la incertidumbre cuántica. Tendrían que romperlas leyes de la física cuántica para descifrar la clave. Este tipo de cifrado inquebrantableya está siendo testeado por bancos y otras instituciones en todo el mundo. Hoy, usamos más de 17 mil millones de dispositivos conectados globalmente. Imaginen el impacto que la criptografía cuántica podría tener en el futuro. En segundo lugar, las tecnologías cuánticas también podrían transformarla atención médica y la medicina. Por ejemplo, el diseño y el análisis demoléculas para el desarrollo de fármacos hoy en día es un problema desafiante, porque calcular y describir exactamente todas las propiedades cuánticasde todos los átomos en una molécula es una tarea computacionalmente difícil,incluso para nuestras súper computadoras. Una computadora cuánticalo podría hacer mejor, porque opera con las mismaspropiedades cuánticas que la molécula que tratar simular. Así que las futuras simulacionescuánticas a gran escala para el desarrollo farmacéutico podrían conducir a tratamientospara enfermedades como el Alzheimer, que afectan a miles de vidas. Y en tercer lugar, mi aplicaciónfavorita de la cuántica es la teletransportaciónde información de un lugar a otro sin transmitir físicamente la información. Suena a ciencia ficción, pero es posible porque estas identidades fluidasde las partículas cuánticas pueden enredarseen el espacio y el tiempo de manera que un cambio en una partícula, puede afectar a la otra, y eso crea un canal para la teletransportación. Ya ha sido demostrado enlaboratorios de investigación y podría ser parte de unfuturo internet cuántico. Aún no tenemos una red cuántica, pero mi equipo está trabajandoen estas posibilidades, simulando una red cuánticaen una computadora cuántica. Hemos diseñado e implementadoalgunos nuevos e interesantes protocolos como la teletransportaciónentre diferentes usuarios en la red, la transmisión eficiente de datos e incluso el voto seguro. Así que ser física cuánticaes muy divertido para mí. Lo recomiendo inmensamente. (Risas) Somos exploradores del paísde las maravillas cuánticas. Quién sabe qué aplicaciones descubriremos luego. Debemos pisar con cuidadoy ser responsables, a medida que construimos nuestro futuro cuántico. Personalmente, no veo la física cuántica como una mera herramientapara construir computadoras cuánticas. Veo las computadoras cuánticas como un medio para explorarlos misterios de la naturaleza y revelar más acerca de este mundo ocultomás allá de nuestras experiencias. Es increíble que nosotros los humanos, con el acceso relativamentelimitado al universo que tenemos, seamos capaces de vermás allá de nuestro horizontes tan solo con la imaginación y el ingenio. Y el universo nos recompensa mostrándonos lo increíblementeinteresante y sorprendente que es. El futuro es fundamentalmente incierto, y eso para mí es ciertamente emocionante. Gracias. (Aplausos)