10 increíbles implicaciones de la tecnología cuántica

El consenso dentro de la comunidad científica es que la primera computadora cuántica completamente funcional estará lista en aproximadamente diez años, un evento tan importante que muchos expertos están pidiendo una cuenta regresiva para Y2Q: "años para la cantidad".

La mayoría de las personas, al menos un poco familiarizadas con las ideas básicas de la mecánica cuántica, identifican el campo con una "rareza" general que incluso los físicos cuánticos más experimentados encuentran desconcertantes. La mente se llena de visiones de personas que caminan a través de paredes, viajes en el tiempo e incertidumbre general que amenaza con desarraigar nuestras percepciones más arraigadas de la verdad y la realidad. Las mediciones estándar pierden sentido.

Dado el enorme potencial de poder de la tecnología cuántica, no hace falta decir que aquellos que posean esta tecnología en el futuro tendrán una gran ventaja sobre los que no la tienen en el ámbito de la política, las finanzas, la seguridad y más. Compañías como Amazon, Microsoft e Intel están ansiosamente mirando hacia la implementación de “criptografía de seguridad cuántica”, ya que estas compañías (sin mencionar los gobiernos nacionales) están preocupadas de que los piratas informáticos que utilizan el poder cuántico puedan representar la caída de sus empresas.

Y como podemos decir con una gran certeza que la computación cuántica pronto estará aquí para quedarse, vale la pena entender qué significa exactamente esto para el futuro y qué increíbles posibilidades nuevas (y a veces aterradoras) aportará la tecnología cuántica.

Aquí hay diez increíbles implicaciones de la tecnología cuántica.

10Un aumento exponencial de la velocidad computacional

Primero, una (muy) breve introducción: la computadora en la que está leyendo esto funciona con la misma tecnología fundamental que prácticamente todas las computadoras del mundo usan actualmente. Es un mundo finito, binario, en el que los datos se codifican en bits, comúnmente conocidos como 0s o 1s, que solo pueden existir en uno de dos estados finitos (activado o desactivado). La computación cuántica, por otro lado, utiliza "qubits", que pueden existir en un número prácticamente ilimitado de estados simultáneamente. (Generalmente hablando, norte Los qubits pueden existir en 2 ^norte diferentes estados a la vez.)

Si se alimenta una computadora “normal” con una secuencia de treinta 0 y 1, hay aproximadamente mil millones de valores posibles de esa secuencia, y una computadora que usa bits regulares tendría que pasar por cada combinación individualmente, lo que requeriría una gran cantidad de tiempo y memoria. . Una computadora cuántica, por otro lado, podría "ver" todas las mil millones de secuencias a la vez, reduciendo drásticamente el tiempo y el esfuerzo computacional.

De hecho, las computadoras cuánticas podrán completarse en cuestión de segundos, cálculos que llevarán a los mejores supercomputadores de hoy en día miles de años.

9Descubriendo nuevas y más efectivas drogas

La secuenciación del ADN se produjo gracias en parte a los fuertes aumentos en el poder computacional, como lo predijo la Ley de Moore. Ahora, estamos a punto de entrar en una era completamente nueva de la asistencia sanitaria gracias a la computación cuántica.

Si bien hay una cantidad asombrosamente grande de medicamentos impresionantes en el mercado, la velocidad a la que pueden producirse, así como su eficacia en el tratamiento de enfermedades específicas, es sorprendentemente limitada. Incluso con los recientes aumentos de velocidad y precisión, estas ganancias son puramente incrementales debido a las limitaciones de las computadoras estándar.

Con un organismo tan complejo como el cuerpo humano, hay innumerables formas en que una droga puede reaccionar a su entorno. Agregue a eso la infinitud de la diversidad genética a nivel molecular, y los posibles resultados de tratamientos farmacológicos no específicos se dispararon a los miles de millones.

Solo las computadoras cuánticas tendrán la capacidad de examinar todos los escenarios posibles con respecto a la interacción entre medicamentos y presentar no solo el mejor plan de acción posible, sino también las posibilidades de éxito de un individuo con un medicamento en particular, a través de una combinación de secuenciación de ADN más precisa y rápida y más Comprensión rigurosa del plegamiento de proteínas.

Estas mismas innovaciones, especialmente con respecto al plegamiento de proteínas, también conducirán inevitablemente a una mejor comprensión de cómo funciona la vida en general, lo que posteriormente conducirá a tratamientos mucho más precisos, mejores medicamentos y mejores resultados.

8Limitless Security

Además de facilitar grandes avances en la medicina, la tecnología cuántica también ofrece la posibilidad de barreras de seguridad cibernética prácticamente irrompibles y una comunicación de larga distancia súper segura.

Dentro del mundo de la rareza cuántica, existe un fenómeno conocido como "enredo cuántico", en el que dos o más partículas están conectadas misteriosamente, independientemente del medio que exista entre ellas y sin ninguna señalización identificable. Esto es lo que Einstein denominó "acción espeluznante a distancia". Y como no hay un medio tangible a través del cual estas dos partículas se comunican, las señales codificadas con partículas entrelazadas serían imposibles de interceptar. La ciencia necesaria para esta tecnología aún está poco desarrollada; sin embargo, tal comunicación tendría un enorme impacto en la seguridad privada y nacional.

El aumento drástico de la velocidad de computación también ayudaría a aumentar la seguridad cibernética, ya que la potencia de procesamiento exponencialmente mayor de las computadoras cuánticas les permitirá soportar incluso los métodos de pirateo más sofisticados, a través del cifrado cuántico. "La computación cuántica definitivamente se aplicará en cualquier lugar donde utilicemos aprendizaje automático, computación en la nube, análisis de datos", dice Kevin Curran, investigador de ciberseguridad en la Universidad de Ulster."En seguridad, [significa] detección de intrusiones, búsqueda de patrones en los datos y formas más sofisticadas de computación paralela". Las computadoras Quantum esencialmente podrían anticipar los "movimientos" de una computadora pirateada por millones, posiblemente miles de millones de pasos adelante.

7 hackeo ilimitado

Por supuesto, con gran poder viene una gran responsabilidad, y el mismo poder cuántico que permitirá llevar el cifrado a nuevas alturas podría potencialmente permitir a los piratas informáticos desentrañar sin esfuerzo las medidas de seguridad más elaboradas implementadas por máquinas relativamente primitivas.

Las técnicas criptográficas más elaboradas de la actualidad tienden a estar basadas en problemas matemáticos extraordinariamente difíciles. Y si bien estos problemas son suficientes para disuadir a la mayoría de las supercomputadoras binarias, una computadora cuántica podría descifrarlas fácilmente. La capacidad de una computadora cuántica para encontrar patrones en conjuntos de datos enormes con una velocidad increíble les permitirá factorizar grandes números (una hazaña que sigue siendo quizás la barrera más grande para los piratas informáticos), que las computadoras de hoy solo pueden hacer al probar una opción tras otra hasta que "encaja". ”Con qubits y superposición cuántica, todas las opciones posibles podrían probarse simultáneamente.

De hecho, se necesitaron aproximadamente dos años y cientos de computadoras trabajando simultáneamente para desbloquear una sola instancia del algoritmo RSA-768 (que tiene dos factores primos y requiere una clave de setecientos sesenta y ocho bits de longitud). Una computadora cuántica podría completar la misma tarea en una fracción de segundo.

6 Relojes atómicos afinados y detección de objetos.

Los relojes atómicos no solo se utilizan para ayudar a mantener el tiempo todos los días. Son componentes esenciales de gran parte de la tecnología actual, incluidos los sistemas GPS y la tecnología de comunicaciones.

Uno no suele pensar que los relojes atómicos necesiten un ajuste más preciso. Los relojes atómicos más precisos funcionan utilizando las oscilaciones de las microondas emitidas por los electrones cuando cambian los niveles de energía. Y los átomos utilizados en los relojes se enfrían casi hasta el cero absoluto, lo que permite tiempos de sondeo de microondas más largos y, posteriormente, más precisión.

Sin embargo, los relojes atómicos más nuevos que utilizan tecnología cuántica moderna serán tan precisos que podrán utilizarse como detectores de objetos ultra precisos, que detectan cambios minúsculos en la gravedad, campos magnéticos, campos eléctricos, fuerza, movimiento, temperatura y otros fenómenos. Que naturalmente fluctúan en presencia de la materia. Estos cambios serían reflejados por cambios en el tiempo. (Recuerde que el espacio, la materia y el tiempo están conectados de manera inextricable).

Esta detección precisa ayudará a identificar y eliminar objetos subterráneos, rastrear submarinos que se encuentran muy por debajo de la superficie del océano e incluso hará que la navegación y la conducción automática sean mucho más precisas, ya que el software podría distinguir mejor entre automóviles y otros. objetos.

Como David Delpy, el líder del Consejo Asesor Científico de Defensa en el Ministerio de Defensa de Gran Bretaña, dice: "No se puede proteger la gravedad".

5mercados financieros

En el mundo financiero interconectado, la velocidad es de suma importancia. Y un número sorprendentemente grande de problemas que enfrenta la industria financiera (muchos de ellos derivados de la falta de velocidad de cómputo) siguen sin solución. Incluso la computadora "regular" más poderosa que usa 0 y 1 es incapaz de pronosticar eventos financieros y económicos futuros, y es incapaz de resolver problemas altamente complejos relacionados con la fijación de precios de opciones en un mercado en constante cambio y evolución.

Por ejemplo, muchas opciones de acciones requieren derivados complejos que dependen de la ruta, lo que significa que el pago de la opción está determinado en última instancia por la ruta del precio del activo subyacente. Intentar mapear y anticipar cada posible "ruta" para una opción es una tarea demasiado abrumadora para las máquinas de hoy. Sin embargo, dada su velocidad y agilidad, las computadoras cuánticas teóricamente podrían identificar una opción de acciones con un precio incorrecto y explotarla para la ganancia de su propietario antes de que el mercado cambiara de manera significativa.

Este tipo de poder podría, por supuesto, causar estragos en el mercado y sesgar fuertemente el favor de la minoría de empresas que poseen y operan supercomputadoras, a expensas de comerciantes individuales y empresas que no pueden comprar dicha tecnología.

4Mapping the Human Mind

A pesar de todos los sorprendentes avances que han tenido lugar en el ámbito de la neurociencia y la cognición en las últimas décadas, los científicos aún saben sorprendentemente poco acerca de cómo funciona la mente. Una cosa que sí sabemos, sin embargo, es que el cerebro humano es una de las entidades más complejas en el universo conocido, y que para comprender realmente todo lo que puede ofrecer requerirá un nuevo tipo de poder computacional.

El cerebro humano está compuesto por unos 86 mil millones de células neuronales que comunican pequeños fragmentos de información mediante el disparo de cargas eléctricas rápidas. Y mientras que la base eléctrica del cerebro humano es razonablemente bien entendida, la mente sigue siendo un misterio. "El desafío", dice el neurobiólogo profesor Rafael Yuste de la Universidad de Columbia, "es precisamente cómo pasar de un sustrato físico de células que están conectadas dentro de este órgano, a nuestro mundo mental, nuestros pensamientos, nuestros recuerdos, nuestros sentimientos".

Y en su intento por comprender la mente, los neurocientíficos se han basado en gran medida en la analogía de una computadora, ya que el cerebro convierte los datos sensoriales y las entradas en resultados relativamente predecibles. ¿Y qué mejor manera de entender el funcionamiento de una computadora que con una computadora?

Para el Dr. Ken Hayworth, un neurocientífico que mapea partes del cerebro del ratón, “para visualizar todo un cerebro de mosca nos llevará aproximadamente uno o dos años.La idea de mapear todo un cerebro humano con la tecnología existente que tenemos hoy en día es simplemente imposible "sin el poder de la computación cuántica.

3D descubriendo planetas distantes

No debería sorprender que la computación cuántica sea enormemente útil cuando se trata de la exploración espacial, que a menudo requiere el análisis de enormes conjuntos de datos. Usando procesadores cuánticos enfriados a 20 milikelvin (cerca del cero absoluto), los ingenieros de la NASA planean usar la computación cuántica para resolver problemas de optimización altamente complejos que involucran miles de millones de datos.

Por ejemplo, los científicos de la NASA podrán aprovechar las diminutas fluctuaciones de las ondas cuánticas para detectar los diferenciales de calor distantes y diminutos emitidos por inicios invisibles de otra manera, y quizás incluso los agujeros negros.

La NASA ya está utilizando los principios generales de la computación cuántica para desarrollar métodos más seguros y eficientes de viajes espaciales, especialmente cuando se trata de enviar robots al espacio. La NASA tiende a planificar sus misiones robóticas en el espacio aproximadamente diez años antes, y su objetivo es utilizar la optimización cuántica para crear un pronóstico súper preciso de lo que sucederá durante la misión, a fin de anticipar cada resultado posible y luego crear planes de contingencia para cada uno (de nuevo, utilizando estrategias de optimización).

Una planificación más cuidadosa y precisa de las misiones de robots también conducirá a un uso más eficiente de la batería, que es uno de los principales factores limitantes cuando se trata de misiones espaciales robóticas.

2génicos

La finalización del Proyecto Genoma Humano en 2003, trajo una nueva era en la medicina. Gracias a una comprensión profunda del genoma humano, podemos adaptar tratamientos complejos específicamente a las necesidades específicas de un individuo.

A pesar de lo mucho que sabemos acerca de las complejidades del ADN humano, aún sabemos sorprendentemente poco sobre los códigos de proteínas para el ADN.

Ingrese el cálculo cuántico, que teóricamente nos permitirá "mapear proteínas" de la misma manera que mapeamos genes. De hecho, la computación cuántica también nos permitirá modelar interacciones moleculares complejas a nivel atómico, lo que será invaluable cuando se trata de innovar en investigación médica y productos farmacéuticos. Podremos modelar más de 20,000 proteínas y simular sus interacciones con una gran cantidad de medicamentos diferentes (incluso medicamentos que aún no se han inventado) con una precisión milimétrica. El análisis de estas interacciones (de nuevo ayudado por la computación cuántica y los algoritmos de optimización avanzados) probablemente nos llevará a nuevas curas para las enfermedades actualmente incurables.

La velocidad de la computación cuántica también ayudará en el uso y análisis de los "puntos cuánticos": nanocristales semiconductores de latitud de solo unos pocos nanómetros de longitud que se utilizan actualmente a la vanguardia de la detección y el tratamiento del cáncer.

Además, las computadoras cuánticas podrían determinar si las mutaciones en el ADN, que en la actualidad se cree que son completamente aleatorias, realmente ocurren debido a las fluctuaciones cuánticas.

1 Ciencia e Ingeniería del Material

No hace falta decir que la computación cuántica tiene implicaciones masivas para los campos de la ciencia de materiales y la ingeniería, ya que el poder de la computación cuántica es el más adecuado para nuevos descubrimientos a nivel atómico.

El poder de la computación cuántica permitirá la utilización de modelos cada vez más sofisticados que mapearán cómo se ensamblan y cristalizan las moléculas para formar nuevos materiales. Tales descubrimientos que conducen a la creación de nuevos materiales conducirían posteriormente a la creación de nuevas estructuras, con implicaciones en los ámbitos de la energía, el control de la contaminación y los productos farmacéuticos.

“Cuando un ingeniero construye una presa o un avión, la estructura se diseña primero con computadoras. Esto es extremadamente difícil en la escala de tamaño de moléculas o átomos, que a menudo se ensamblan de manera no intuitiva ”, explica Graeme Day, un profesor de modelado químico en la Universidad de Southampton. “Es difícil diseñar a escala atómica desde cero y la tasa de fallas en el descubrimiento de nuevos materiales es alta. "Como químicos y físicos que intentan descubrir nuevos materiales, a menudo nos sentimos como exploradores sin mapas confiables".

La computación cuántica proporcionará un "mapa más confiable", al permitir a los científicos simular y analizar las interacciones atómicas con una precisión increíble, lo que a su vez llevaría a la creación de materiales completamente nuevos y más eficientes, sin el ensayo y error que inevitablemente conlleva intentando construir nuevos materiales a gran escala. Esto significa que podremos encontrar y crear mejores superconductores, imanes más potentes, mejores fuentes de energía y mucho más.