Un ordenador cuántico es un tipo especial de
ordenador que utiliza las ideas de la mecánica cuántica para realizar cálculos complejos.
Los ordenadores cuánticos utilizan qubits (bits cuánticos), que pueden existir
en numerosos estados simultáneamente, a diferencia de los ordenadores convencionales,
que utilizan bits (0 y 1), lo que permite realizar cálculos mucho más rápidos y eficaces. Como pueden
resolver problemas demasiado complicados para los ordenadores clásicos, como los de la investigación
de materiales, el descubrimiento de fármacos y la criptografía, los ordenadores cuánticos son
especialmente adecuados para abordarlos. Se prevé que la computación cuántica tenga un
impacto significativo en numerosos sectores, como las finanzas, la sanidad y el transporte.
Debido a su capacidad para socavar las actuales técnicas de cifrado y hacer posible
la creación de códigos indescifrables, también se considera una tecnología
clave para la seguridad nacional.
Dado que la tecnología de la computación
cuántica aún está en pañales, todavía quedan muchos obstáculos por superar antes de que
pueda utilizarse de forma generalizada. En la actualidad, los ordenadores cuánticos no
pueden resolver la mayoría de los problemas del mundo real, ya que sólo pueden realizar
cálculos con un pequeño número de qubits, a menudo menos de cien. Además, la gran
sensibilidad de los ordenadores cuánticos a variables ambientales como la temperatura y
la radiación electromagnética puede dar lugar a cálculos inexactos. A pesar de estos obstáculos,
el sector ha avanzado considerablemente en los últimos tiempos, y numerosas empresas
y gobiernos están financiando de forma significativa el desarrollo de tecnologías
de computación cuántica. Como resultado, se prevé que los ordenadores cuánticos seguirán
desarrollándose y haciéndose más formidables en los próximos años, revolucionando
posiblemente diversos sectores.
Un avance importante en la tecnología de
la computación cuántica es el refrigerador de chips cuánticos de China, valorado en
100 millones de dólares. El refrigerador, creado en la provincia de Anhui, puede enfriar
chips cuánticos hasta justo por encima del cero absoluto, o -273 grados centígrados. Para
que los dispositivos cuánticos funcionen correctamente y realicen cálculos precisos,
es necesaria una refrigeración considerable. La creación del refrigerador de chips cuánticos
forma parte de un intento mayor de China de ponerse a la cabeza de la industria de la
computación cuántica. China ha realizado importantes inversiones en el avance de
la tecnología cuántica en un esfuerzo por alcanzar la supremacía cuántica, es decir, la
capacidad de resolver problemas que resultan intratables para los ordenadores convencionales.
Jian-Wei Pan, físico que ha desempeñado un papel clave en los esfuerzos de China por hacer avanzar
la ciencia cuántica, fue el director del proyecto. Utilizando un refrigerador de dilución, que enfría
materiales a temperaturas extremadamente bajas mezclando isótopos de helio-3 y helio-4, el equipo
de Pan pudo obtener las temperaturas ultrabajas necesarias para el dispositivo cuántico.
La Universidad de Ciencia y Tecnología de China, que desde hace tiempo es un centro de
investigación cuántica en China, está situada en la provincia de Anhui, lo que la hace
importante para el desarrollo del refrigerador de chips cuánticos.
La institución cuenta con
varias instalaciones de investigación cuántica de primer nivel y de ella han salido muchas de
las principales autoridades chinas en la materia. La presencia de numerosas instituciones de
investigación de primer nivel, especialmente la Universidad de Ciencias y Tecnologías de
China (USTC), ha convertido a la provincia china de Anhui en un importante centro para el
desarrollo de tecnologías de computación cuántica. La USTC es bien conocida como centro puntero de
investigación en computación cuántica en China y en todo el mundo. Cuenta con un distinguido
pasado en el campo de la investigación cuántica. El Centro de Información Cuántica, el Centro
de Comunicación Cuántica y Redes Cuánticas y el Centro de Innovación Sinérgica de
Información Cuántica y Física Cuántica son los únicos centros de investigación de
la universidad centrados actualmente en la tecnología cuántica.
Grandes expertos de todo
el mundo se dan cita en estas instalaciones para colaborar en investigaciones punteras
sobre computación cuántica y campos afines. Además de la USTC, la provincia de Anhui
alberga otros centros de investigación centrados en la tecnología cuántica. Otro
lugar importante para la investigación cuántica en China es el Laboratorio Nacional
de Ciencias Físicas a Microescala de Hefei, situado en la capital de la provincia, Hefei.
El laboratorio está equipado con herramientas de vanguardia para llevar a
cabo investigaciones cuánticas, como un ordenador cuántico superconductor
y otras herramientas de vanguardia.
Los chips cuánticos se enfrían a
temperaturas extremadamente bajas, justo por encima del cero absoluto, para que
funcione el refrigerador de chips cuánticos, también denominado refrigerador de dilución. Esto
es crucial para que los chips cuánticos funcionen correctamente y realicen cálculos precisos.
El refrigerador consigue este enfriamiento utilizando una combinación de isótopos de
helio-3 y helio-4. Un intercambiador de calor, un compresor de helio y un refrigerador
de dilución se encargan del enfriamiento. El intercambiador de calor, el compresor de
helio y la cámara de mezcla son algunos de los componentes esenciales del refrigerador.
La mezcla de helio-3 y helio-4, enfriada a temperaturas inferiores a 1 Kelvin, se aloja en
la cámara de mezcla.
El compresor de helio se utiliza para regular la temperatura y la presión
de la mezcla de helio, y el intercambiador de calor se utiliza para transportar el calor
del chip cuántico a la cámara de mezcla. El chip cuántico se introduce en el refrigerador
y se conecta al intercambiador de calor, que sirve como sistema de refrigeración. La
combinación de helio-3/helio-4 en la cámara de mezcla enfría posteriormente el intercambiador
de calor, que a su vez enfría el chip cuántico. El chip cuántico debe protegerse de la radiación
electromagnética exterior y de las fuentes de calor, ya que pueden desvirtuar los cálculos.
El refrigerador de chips cuánticos utiliza un mecanismo de refrigeración muy eficaz
que permite enfriar los chips cuánticos hasta niveles tan bajos como 10 milikelvin, es
decir, apenas por encima del cero absoluto. La precisión y el funcionamiento eficaz de los chips
cuánticos dependen de esta intensa refrigeración, que es un aspecto crucial de la
tecnología de computación cuántica. Debido a la posibilidad de romper muchas de
las técnicas de cifrado utilizadas actualmente, la computación cuántica tiene el potencial de
revolucionar la ciberseguridad y la criptografía. La mayoría de las técnicas de cifrado se basan
en la complejidad de factorizar números enormes; sin embargo, los ordenadores cuánticos tienen el
potencial de resolver estas cuestiones mucho más rápidamente que los ordenadores tradicionales,
lo que hace que muchas técnicas de cifrado sean vulnerables a los asaltos.
Sin embargo, el desarrollo de códigos indescifrables mediante la informática cuántica
podría añadir una nueva capa de seguridad a la protección de datos sensibles.
Esto es posible
gracias a la distribución cuántica de claves, que utiliza la física cuántica para facilitar
la comunicación segura entre las partes. En una distribución de clave cuántica, el emisor y el
receptor utilizan una clave secreta compartida que se genera midiendo estados cuánticos. Un
fisgón no puede interceptar la clave sin ser descubierto, ya que las características de los
estados cuánticos se alteran con la medición. Además de distribuir claves cuánticas, los
ordenadores cuánticos podrían utilizarse para crear nuevas técnicas de cifrado inmunes
a los ataques de los ordenadores cuánticos. La criptografía basada en celosías, por ejemplo,
es un campo de estudio prometedor que podría ofrecer un cifrado fiable incluso
frente a los ordenadores cuánticos. La lucha entre naciones y empresas por desarrollar
la supremacía cuántica -la capacidad de realizar cálculos que superan las capacidades de
los ordenadores convencionales- se conoce como la carrera mundial por la supremacía
cuántica. Se cree que el desarrollo de la tecnología informática cuántica alcanzó un punto
de inflexión clave cuando se logró la supremacía cuántica.
Esto permitiría avances significativos
en áreas como la investigación de materiales, la criptografía y el descubrimiento de medicamentos.
Estados Unidos, China, la Unión Europea e IBM son algunas de las naciones y empresas que compiten
activamente por el dominio cuántico. Con el fin de alcanzar el dominio cuántico en los próximos
años, estas organizaciones están realizando importantes inversiones en el desarrollo
de tecnologías de computación cuántica. El requisito de construir ordenadores cuánticos
con un número suficiente de qubits es uno de los principales obstáculos para obtener la supremacía
cuántica.
Sólo un pequeño número de qubits, normalmente menos de 100, puede utilizarse
todavía en los ordenadores cuánticos para realizar operaciones. Se prevé que será necesario
un ordenador cuántico con cientos o miles de qubits para establecer la supremacía cuántica.
El requisito de reducir las tasas de error de los ordenadores cuánticos presenta otra dificultad.
Debido a su gran sensibilidad a factores ambientales como la temperatura y la radiación
electromagnética, los ordenadores cuánticos son susceptibles de cometer errores de cálculo.
Será
necesario reducir estas tasas de error a un nivel adecuado para las aplicaciones del mundo real
con el fin de alcanzar la supremacía cuántica. Con el objetivo de dominar el mercado, China
ha realizado recientemente gastos considerables en el campo de la computación cuántica.
El gobierno chino ha construido varios centros de investigación dedicados
a las tecnologías cuánticas y ha destinado miles de millones de dólares a
la investigación y el desarrollo cuánticos. El potencial de la computación cuántica
para permitir avances significativos en sectores como la ciencia de los materiales, la
encriptación y el desarrollo de fármacos es una de las principales razones por las que China está
invirtiendo en esta tecnología. La inversión china en tecnología cuántica también se considera
una parte importante de su plan general para liderar los sectores de alta tecnología, promover
el desarrollo económico y fomentar la innovación. China ha creado numerosas organizaciones
de investigación importantes, sobre todo la Academia China de Ciencias y la Universidad
de Ciencia y Tecnología de China (USTC), para apoyar sus esfuerzos en la investigación de
la computación cuántica.
Muchos de los mejores investigadores chinos en este campo han salido
de la USTC, que ha servido durante mucho tiempo como centro de investigación cuántica en el país.
Con la ayuda de empresas como Alibaba y Huawei, que invierten en la creación de chips
cuánticos y otras piezas de hardware, China también ha logrado grandes avances en el
desarrollo de hardware de computación cuántica. China afirmó haber creado en 2020 un ordenador
cuántico que alcanzó la supremacía cuántica, aunque otros científicos han
rebatido esta afirmación..