¿Qué traerá el advenimiento de la tecnología cuántica y las computadoras al mundo?

Los actuales sistemas de información y comunicación basados ​​en semiconductores de silicio están llegando gradualmente a sus límites. Si bien las compañías de chips anunciarán nuevos avances tecnológicos en transistores y miniaturización durante algún tiempo, mientras que los procesadores se volverán más sofisticados, eventualmente alcanzarán un límite más allá de sus leyes físicas, según la Ley de Moore. En el mundo de la tecnología de la información, por tanto, se habla cada vez más de la posible llegada de las computadoras cuánticas, que podrían traer nuevas oportunidades en diversos campos. Las computadoras cuánticas representan un nuevo paradigma que se puede comparar con la transición de las computadoras analógicas a las digitales o de las computadoras electrónicas de la década de 1950 a las modernas computadoras digitales basadas en semiconductores.

Tecnologías cuánticas

Los fundamentos teóricos de las ciencias cuánticas se establecieron a principios del último milenio y describen el comportamiento de átomos, electrones, fotones y otras partículas del micromundo, y este conocimiento está pasando actualmente de la investigación (aproximadamente 1930-1980) a los primeros usos ( 2000-2030). La transición a una aplicabilidad comercial más amplia se espera después de 2030 (2030 – 2050). Las tecnologías cuánticas se utilizarán no solo en el campo de las computadoras, sino también en el campo de las comunicaciones y la imagen, respectivamente. recopilación de datos. (Tabla 1)

El mayor progreso se ha logrado hasta ahora en el campo de las computadoras cuánticas, que hoy están pasando de la investigación a la práctica donde incluso las computadoras más rápidas de alto rendimiento no son suficientes para resolver varios problemas. (En junio de 2021, IBM instaló el primer IBM Q System One de 20 qubit para uso comercial en Alemania). Muchas empresas están trabajando para desarrollar nuevo hardware cuántico, por ejemplo, D-Wave, Google, Intel, Honeywell. El ecosistema cuántico también incluye nuevas herramientas de software para el desarrollo de aplicaciones y, en particular, nuevos algoritmos cuánticos que permitirán aprovechar todo el potencial del hardware cuántico. Hoy, Volkswagen, KPN, BMW, AirBus, ABN Amro, Daimler Chrysler, JP Mogan Case, ExxonMobil, EON, Mitsubishi Chemical y otros se encuentran entre los líderes en el campo del uso real de aplicaciones cuánticas.

Computadoras cuánticas

Las computadoras cuánticas procesan información y cálculos a través de un procesador cuántico (QPU), que utiliza fenómenos cuánticos como la superposición, la capacidad de existir en múltiples estados a la vez y el entrelazamiento cuántico. La unidad básica de información en las computadoras clásicas es un bit que adquiere solo los valores 0 y 1. En las computadoras cuánticas, la unidad de información es qubit (bit cuántico), que adquiere valores arbitrarios en el rango 0-1. Clásico los bits se procesan secuencialmente o en paralelo, los qubits se procesan mediante enlaces cuánticos e interfieren en todos los estados cuánticos posibles a la vez. El rendimiento de las computadoras convencionales se duplica cuando se duplica el número de transistores. El rendimiento de las computadoras cuánticas se duplica con cada qubit agregado, siempre que la tasa de error de qubit sea lo suficientemente baja. Las computadoras cuánticas comerciales de hoy tienen docenas de qubits, pero su número aumentará en los próximos años. El principal problema que complica la implementación práctica más rápida de las computadoras cuánticas es la tasa de error. Esto surge durante la computación cuántica y se deben realizar grandes esfuerzos para corregir estos errores durante la computación. Las implementaciones varían y las trampas de iones parecen más prometedoras. (Tabla 2)

En el software cuántico, la situación está aún más fragmentada que en el hardware cuántico. Además de las grandes empresas, varias startups se dedican al software cuántico, por ejemplo, Cambridge Quantum Computing, Zapata, QCWare, 1QBit o Riverlane. Si bien IBM y AMAZON se han basado en Python, Microsoft prefiere su propio lenguaje de programación Q #. Además, las grandes empresas proporcionan a los desarrolladores sus propios entornos de desarrollo y simuladores, y la tendencia es hacia un servicio PaaS cuántico.

A pesar del enorme aumento esperado en el rendimiento de las computadoras cuánticas, debe tenerse en cuenta que se trata de sistemas complejos que están diseñados solo para cálculos y tareas específicas, por lo que es poco probable que reemplacen a las computadoras clásicas, pero coexistirán con ellas. Las computadoras clásicas seguirán manejando la mayoría de las tareas y, en casos seleccionados, usarán llamadas a API cuánticas para resolver problemas específicos donde las computadoras de alto rendimiento actuales no son suficientes.

Uso de computadoras cuánticas

Las tareas ideales para las computadoras cuánticas son varias tareas de optimización, tareas que requieren modelado y predicción avanzados o tareas científicas. Las soluciones a estos problemas generalmente se describen bien en teoría utilizando matemáticas superiores, pero en la práctica su complejidad aumenta exponencialmente. Mientras que las computadoras clásicas tardarían meses o años en obtener resultados, las computadoras cuánticas pueden manejar tareas similares en segundos o minutos.

Una computadora cuántica ayuda a encontrar las mejores soluciones o procesos entre varias opciones. Por ejemplo, desde 2017, Volkswagen ha estado desarrollando un sistema de gestión de tráfico inteligente para reducir la congestión, predecir con precisión los requisitos del tráfico y reducir el tiempo de viaje. En el sector financiero, los bancos que no saben cómo optimizar sus riesgos tienen más efectivo que los bancos que pueden hacer un análisis integral de riesgos.

  • Modelado y ciencia de datos

Con el volumen cada vez mayor de datos de la empresa y las relaciones complejas, las computadoras tradicionales no tienen tiempo para procesar modelos predictivos o modelos de inteligencia artificial. Por lo tanto, el Tesoro de EE. UU. Utiliza nuevos algoritmos de simulación cuántica que acortan el análisis de riesgo, mejoran su calidad y lo extienden a áreas que antes no estaban disponibles.

  • La ciencia de los nuevos materiales

Gracias a las computadoras cuánticas, las ciencias naturales pueden predecir con relativa precisión las propiedades de moléculas o materiales y optimizar su proceso de preparación. Las empresas farmacéuticas (por ejemplo, ROCHE) acortan y abaratan así significativamente la investigación de nuevos fármacos y sus pruebas, en el sector energético ayudan al desarrollo de nuevos tipos de baterías de alta capacidad y en la industria química se aprovechan los resultados obtenidos de esta forma en el desarrollo de nuevos materiales. (Tabla 3)

Un capítulo aparte en el uso de computadoras cuánticas es el área de seguridad cibernética. El gobierno, los bancos y varias empresas tendrán que responder a la posibilidad de que con el creciente número de qubits, las computadoras cuánticas puedan romper juguetonamente los algoritmos de encriptación que se usan en la actualidad. Mientras que el cifrado RSA de 2048 bits se rompería en las computadoras convencionales en unos 20 años, una computadora cuántica de 4098 qubits puede manejar esta tarea en cuestión de segundos. Por lo tanto, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. Ha estado trabajando durante varios años en la criptografía poscuántica basada en claves públicas que resistirá ataques tanto clásicos como cuánticos, y tiene como objetivo anunciar estándares para la criptografía resistente a los cuánticos en 2024. El Foro Económico Mundial estima que En los próximos años, será necesario modernizar o reemplazar alrededor de 20 mil millones de instalaciones.


Ley de Moore: ¿qué sigue? Fuente Deloitte Quantum Guild Program – El cambio de paradigma de la computación cuántica

Recomendaciones al final

Las tecnologías cuánticas están penetrando lentamente en la práctica diaria, y su impacto, ya sea solo o en combinación con inteligencia artificial y tecnologías de nube y blockchain, es difícil de estimar en la actualidad. Si este tema se aplica a usted, le recomendamos lo siguiente:

  • Observe los posibles efectos de las tecnologías cuánticas en su industria.
  • Desarrollar una estrategia para la eventual adaptación de esta tecnología, incluyendo personas, conocimiento y el momento adecuado.
  • Siga los desarrollos en hardware, software y algoritmos cuánticos (CIO, CTO).
  • Prepare un plan para mejorar la seguridad informática hoy (CISO).

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Source: Nextech by www.nextech.sk.

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