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5 problemas intratables que resolverá la computación cuántica


Si pasa más de cinco minutos en Internet, mirando las noticias y, por lo demás, se mantiene al día con el mundo, habrá escuchado la emoción que rodea a los avances recientes en el desarrollo de sistemas informáticos cuánticos.

La exageración no es exagerada, realmente lo cambiará todo. Las computadoras cuánticas tienen el potencial de atravesar obstáculos que limitan el poder de las computadoras clásicas, resolviendo problemas en segundos que a una computadora clásica le tomaría toda la vida del Universo solo para intentar resolverlos, como el cifrado, la optimización y otras tareas similares.

No hace falta decir que la carrera ahora está en marcha para convertir las computadoras cuánticas en herramientas prácticas y cotidianas para los negocios, la industria y la ciencia con el fin de obtener una ventaja competitiva.

Soluciones de computación cuántica a problemas de computación clásica

Quizás se pregunte qué tiene la computación cuántica que la hace mucho más poderosa que la computación clásica.

Si ha leído algún artículo sobre computación cuántica, habrá escuchado cómo los qubits utilizan la superposición de partículas subatómicas, el proceso de la mecánica cuántica que permite que una partícula esté en dos lugares al mismo tiempo, de modo que si bien los bits tradicionales pueden ser 1 o 0, los qubits pueden tener 1, 0 o ambos al mismo tiempo.

Esta última parte es la clave del poder de la computación cuántica. En la informática clásica, un bit solo puede almacenar un solo estado, 1 o 0, en un momento dado.

Los qubit realmente almacenan la superposición de cada estado cuántico posible, por lo que un solo qubit puede contener dos valores binarios a la vez, lo que significa que se puede realizar una sola operación en 2norte valores simultáneamente, donde n es el número de qubits.

Cifrado y ciberseguridad

El problema de la factorización prima no es trivial una vez que comienzas a trabajar con el producto semiprimo de dos números primos muy grandes.

Este límite computacional ha significado que, desde su introducción, el cifrado RSA ha sido un sello irrompible confiable que ha protegido gran parte de los datos y las comunicaciones del mundo.

¿Una computadora cuántica suficientemente potente? Podría romper el cifrado RSA abierto con relativa facilidad utilizando el algoritmo de Shor. Esto ha llevado a mucha discusión sobre qué hacer cuando, no si, nuestro sistema de cifrado actual está roto.

Algunos abogan por aumentar la longitud de las claves de cifrado públicas tanto tiempo como sea necesario para superar el descifrado cuántico, pero otros han argumentado que deben utilizar la propia computación cuántica para asegurar las comunicaciones de un extremo a otro.

Niels Bohr, Max Born y otros demostraron que tras la observación, una onda colapsará en una única posición en el espacio donde se encontrará la partícula. Heisenberg también mostró que el acto de observar la partícula perturbaba la partícula en sí hasta cierto punto en relación con la cantidad de información recopilada de la observación.

Gracias a la criptografía cuántica, este mismo comportamiento se puede utilizar para proteger perfectamente las comunicaciones de escuchas o intercepciones, ya que el mismo acto de interceptar los datos los corrompería, de modo que la persona que interrumpe la partícula no puede obtener información utilizable de ella, y el receptor puede ser alertado del intento de escucha a escondidas.

Enraizado en la naturaleza de las propias partículas subatómicas, dicho sistema sería completamente irrompible, sin importar cuán avanzada sea la computadora que intente descifrar el cifrado.

Servicios financieros

Fintech siempre ha estado a la vanguardia de la tecnología y la computación cuántica no es diferente.

Durante casi un siglo, una de las herramientas esenciales en el estudio de la economía han sido modelos sofisticados de comportamiento del mercado con la esperanza de predecir eventos importantes y disruptivos para la economía en general.

Estos modelos, gracias a la computación cuántica, podrían ampliarse para incluir significativamente más variables, produciendo modelos más precisos y aumentando su poder predictivo.

Combinando estos modelos más sofisticados con la capacidad de la computación cuántica para procesar y recuperar datos de conjuntos de datos increíblemente grandes, estos modelos, ridiculizados por algunos críticos como conjeturas no científicas, pueden hacer predicciones sobre mercados que pueden tener un impacto global descomunal.

Investigación y desarrollo de fármacos

Cuando los químicos investigan nuevos medicamentos, gran parte de su trabajo consiste en probar cientos de posibles variables en una fórmula química con el fin de encontrar las características de los deseos necesarios para tratar una variedad de enfermedades.

Este proceso es de experimentación y descubrimiento a menudo conduce a un tiempo de desarrollo de más de 10 años antes de que un nuevo fármaco salga al mercado, a menudo a un costo de miles de millones de dólares. se realiza en computadoras que tienen que combinar y recombinar elementos para probar los resultados.

Al igual que los mercados financieros, todas estas variables pueden ser procesadas simultáneamente por una computadora cuántica y reducirán en gran medida el tiempo y el costo necesarios para desarrollar nuevos medicamentos.

Logística en la cadena de suministros

La importancia de la logística se ha entendido bien a lo largo de la historia, desde los ejércitos hasta los comerciantes, pero también hasta los científicos y matemáticos.

Tratar de coordinar e identificar la ruta más eficiente para que los bienes viajen al mercado ha sido uno de los objetivos más esquivos tanto para los negocios como para la ciencia durante casi toda la vida, pero nunca más que hoy, cuando una empresa puede tener cadenas de suministro globales que tratar. con.

Esto se incluye en una clase de problemas denominados problemas de optimización y, en general, no se pueden resolver utilizando algoritmos de fuerza bruta, donde las permutaciones se calculan y comparan una a la vez. Sin embargo, debido a que los qubits son superposiciones, aplicarán cualquier operación dada a todos los valores posibles representados por la superposición.

En lugar de miles de millones de billones de operaciones individuales, la computación cuántica puede reducir los problemas de optimización más difíciles a una serie de operaciones en las que incluso una computadora clásica podría encontrar la respuesta óptima rápidamente.

Análisis de datos exponencialmente más rápido

La explosión de Internet, los rápidos avances en el poder de la computación, la computación en la nube y nuestra capacidad para almacenar más datos de los que se consideraban posibles hace solo dos décadas han ayudado a impulsar la revolución de Big Data del siglo XXI, pero la tasa de recopilación de datos es menor. creciendo más rápido que nuestra capacidad para procesarlo y analizarlo.

De hecho, el 90 por ciento de todos los datos producidos en la historia de la humanidad se produjeron en los últimos dos años.

A medida que los instrumentos científicos continúen avanzando y se acumulen aún más datos, los investigadores de la computación clásica no podrán procesar la creciente acumulación de datos.

Afortunadamente, los científicos del MIT se asociaron con Google para demostrar matemáticamente las formas en que las computadoras cuánticas, cuando se combinan con el aprendizaje automático supervisado, pueden lograr aumentos exponenciales en la velocidad de categorización de datos.

Si bien ahora es solo una teoría, una vez que las computadoras cuánticas escalen lo suficiente para procesar estos conjuntos de datos, este algoritmo solo podría procesar una cantidad sin precedentes de datos en un tiempo récord.

La carrera por la supremacía de la computación cuántica

Naturalmente, el mundo se está dando cuenta de las implicaciones del surgimiento de la computación cuántica práctica. Los gobiernos y las empresas que creen las primeras computadoras cuánticas de uso práctico se alejarán rápidamente de sus rivales para cosechar los enormes beneficios de la revolución de la computación cuántica.

Como resultado, los gobiernos están invirtiendo fuertemente en la investigación de sistemas informáticos cuánticos, al igual que los grandes titanes de la tecnología como Google e IBM. Se espera que estos desarrollos comiencen a afectar las 5 áreas de la economía que analizamos dentro de la próxima década, y tal vez ya en 2020.

La computación cuántica práctica se está acercando rápidamente a la realidad y después de que despegue la revolución de la computadora cuántica, la humanidad mejor se abrocha el cinturón, se volverá salvaje.


Ver el vídeo: Breve introducción a la computación cuántica (Diciembre 2021).