La computación cuántica tiene el potencial de resolver problemas computacionales vinculados a los problemas más apremiantes de la humanidad, siempre que logre superar sus limitaciones actuales.
La computación cuántica óptica, que utiliza fotones, evita los desafíos energéticos relacionados con la forma de esta tecnología basada en electrones.
Potencialmente capaz de habilitar un ordenador de 1 millón de qubits para 2030, la computación cuántica óptica podría ofrecer soluciones en múltiples ámbitos, incluida la IA sostenible.
A medida que nos enfrentamos a desafíos sociales cada vez más complejos, desde las emergencias climáticas hasta la escasez de alimentos y las desigualdades en salud, es la tecnología, en particular la IA, la que ofrece esperanza. Sin embargo, la creciente integración de la sociedad con la IA también genera una demanda masiva y sin precedentes de energía. Para construir un futuro en el que podamos abordar los problemas más apremiantes del mundo y utilizar la IA de forma responsable y sostenible, debemos mirar más allá de la computación convencional en busca de tecnologías capaces de ofrecer un mayor rendimiento consumiendo significativamente menos energía.
La respuesta es la computación cuántica y la fotónica. La computación cuántica tiene el potencial de realizar cálculos a velocidades increíbles, lo que significa que resolverá en un instante problemas que a un superordenador tradicional le llevarían 100 000 años. Hará posible abordar desafíos que durante mucho tiempo se consideraron imposibles, porque opera de formas nuevas y diferentes, superando los límites computacionales de los ordenadores convencionales.
Se espera que la computación cuántica comience a ofrecer beneficios tangibles en el mundo real hacia 2030: abordará desafíos sociales, habilitará el potencial de la IA y impulsará el progreso de la humanidad mediante desarrollos como la medicina personalizada, las energías renovables y el suministro seguro de alimentos. Y el último avance, la computación cuántica óptica basada en la fotónica, ya está en marcha. Trae consigo el potencial de habilitar todo lo anterior con una escalabilidad aún mayor, más precisión y una mejor eficiencia energética, a la velocidad de la luz.
Por qué la computación cuántica es tan difícil
Incluso tras 35 años de desarrollo, la computación cuántica sigue enfrentándose a importantes obstáculos.
Por un lado, no escala fácil ni eficientemente. Los bits cuánticos, conocidos como qubits, son los componentes básicos de la información en un ordenador cuántico. A medida que aumenta el número de qubits, crece el tamaño físico del ordenador cuántico y se necesitan más sistemas de refrigeración, lo que requiere significativamente más energía.
Un segundo gran desafío es la corrección de errores: a medida que los cálculos se vuelven más complejos, el «ruido cuántico» se acumula, lo que dificulta realizar cálculos precisos. Este ruido puede deberse a perturbaciones como la radiación electromagnética, las fluctuaciones de temperatura o las señales de control imperfectas, todas las cuales pueden afectar al estado de un qubit.
El factor decisivo para afrontar estos desafíos es incorporar la fotónica, o la tecnología óptica, a la ecuación. Conocida como computación cuántica óptica, esta tecnología está ya en desarrollo y transformará el mundo tal como lo conocemos.
Cómo la tecnología óptica impulsará la computación cuántica
La computación cuántica óptica se basará en la fotónica. En pocas palabras, esto significa que dependerá de partículas de luz para transmitir información. Supone un enorme salto respecto a la tecnología electrónica utilizada hoy: los electrones requieren energía para transmitir y procesar datos, y generan calor, que a su vez exige aún más energía para su refrigeración. Los fotones viajan a la velocidad de la luz, necesitan muy poca energía y generan prácticamente nada de calor.
Los ordenadores cuánticos basados en electrones se enfrentan a desafíos energéticos porque, a medida que mejora su rendimiento, aumenta su consumo de energía. Además, deben enfriarse hasta cerca del cero absoluto, por lo que solo pueden funcionar con sistemas de refrigeración a gran escala que consumen cantidades significativas de energía.
La computación cuántica óptica, en cambio, podrá funcionar a temperatura ambiente y presión atmosférica, sin necesidad de sistemas de refrigeración especializados ni de vacío, y, por tanto, con un consumo de energía mucho menor.
Cómo funciona la computación cuántica
Sea o no de base óptica, los fundamentos de la computación cuántica son los mismos. Imagine un laberinto. Resolver un problema en un ordenador clásico equivale a recorrer el laberinto comprobando un camino cada vez. Se sigue un pasillo hasta llegar a un callejón sin salida, se retrocede hasta la última bifurcación y se prueba el siguiente camino. Se continúa así hasta encontrar por fin la salida. A medida que el laberinto se vuelve más complejo, el número de caminos que hay que comprobar aumenta considerablemente.
La computación cuántica equivale a explorar todos los caminos del laberinto al mismo tiempo, dejando únicamente el que conduce a la salida. Como puede examinar múltiples posibilidades simultáneamente, la computación cuántica puede resolver problemas mucho más complejos que los ordenadores convencionales. Lo consigue mediante qubits, que son, esencialmente, el equivalente cuántico de los bits de los ordenadores estándar.
Se necesitarán entre 1 millón y 100 millones de qubits para poder utilizar los ordenadores cuánticos de forma generalizada en aplicaciones con un gran impacto social. Estamos todavía muy lejos de alcanzar los 100 millones de qubits, pero estamos trabajando con rapidez y colaboración para desarrollar ordenadores capaces de manejar 1 millón de qubits, un objetivo que pretendemos alcanzar antes de que termine esta década.
Los ordenadores cuánticos ópticos contribuyen a avanzar en este objetivo mediante la multiplexación, que, en esencia, consiste en combinar flujos de datos o señales independientes y enviarlos simultáneamente por un único cable de fibra óptica. Esto amplía el número de qubits mucho más rápidamente, lo que nos acerca antes a la meta de 1 millón de qubits, o incluso de 100 millones.
Por qué la computación cuántica importa para la humanidad
Existen problemas del mundo real que hoy no podemos resolver debido a las limitaciones de los ordenadores convencionales. Se espera que los ordenadores cuánticos permitan resolver este tipo de problemas. Los ordenadores cuánticos ópticos avanzarán aún más en este sentido, al permitir simulaciones y optimizaciones a gran escala con menos energía.
Estos son algunos de los aspectos que la computación cuántica puede ofrecer:
Acción climática: Ayuda al mundo a producir menos carbono al permitir el diseño de materiales energéticamente eficientes y la optimización de los sistemas de energías renovables.
Emergencias climáticas: Mitiga las emergencias y los desastres relacionados con el clima al ayudar a los expertos a predecir las condiciones y la evolución de grandes fenómenos climáticos, como tifones o huracanes, y permite predicciones más precisas de eventos extremos raros y localizados, al identificar patrones de baja probabilidad que la IA por sí sola tiende a pasar por alto.
Seguridad alimentaria: Contribuye a un suministro alimentario mundial más estable al permitir innovaciones en la producción de fertilizantes mediante procesos de fijación de nitrógeno de bajo consumo energético.
Salud y bienestar: Permite acelerar el descubrimiento de fármacos y avanzar en la medicina personalizada, lo que favorece la preparación ante pandemias y ayuda a reducir las desigualdades en salud.
Estabilidad financiera: Respalda la ejecución en tiempo real de análisis de riesgos a gran escala y de estrategias de inversión óptimas, reforzando la estabilidad de los mercados financieros mundiales.
La tecnología cuántica también tiene el potencial de transformar sectores industriales. Por ejemplo, en la industria manufacturera puede optimizar las cadenas de suministro y el diseño de productos con neutralidad de carbono, contribuyendo así al paso hacia estructuras industriales sostenibles. En el sector de las tecnologías de la información y la comunicación, la computación cuántica puede optimizar redes de comunicación a escala mundial, haciéndolas resilientes a desastres y fallos en un nivel que los ordenadores convencionales no pueden gestionar. Y, en el sector energético, se espera que las innovaciones en generación de energía, almacenamiento energético y optimización de redes inteligentes derivadas de la tecnología cuántica impulsen el avance hacia la descarbonización.
Un camino fotónico hacia el futuro
La tecnología cuántica óptica puede sentar las bases de un futuro sostenible para la humanidad. Puede ayudarnos a resolver problemas alimentarios mediante la síntesis eficiente de fertilizantes, optimizar el tráfico y la logística en grandes ciudades, diseñar estructuras moleculares de fármacos óptimas adaptadas a cada persona y diseñar reactores de fusión, que se espera que se conviertan en nuevas fuentes de energía.
Aunque los ordenadores convencionales pueden generar soluciones aproximadas para desafíos como estos, su precisión es limitada. La computación cuántica puede resolver problemas muy complejos con una precisión significativamente mayor, y los ordenadores cuánticos ópticos aportarán ventajas aún mayores: procesamiento a gran velocidad con menor consumo de energía. Gracias a la capacidad de la tecnología óptica para ampliar rápidamente la capacidad de qubits, esperamos lograr un sistema tolerante a fallos de 1 millón de qubits hacia 2030. Y eso cambiará el mundo.
La computación cuántica óptica nos acercará mucho más a la solución de algunos de los mayores desafíos globales, al posibilitar una IA responsable y sostenible e impulsar beneficios sociales a largo plazo en los ámbitos empresarial, sanitario, científico y otros. Es una tecnología que ofrece esperanza de maneras que antes eran inimaginables.
