Quantum Intelligence (parte I): Principios y mercado cuántico

La computación cuántica comienza a aplicarse en áreas como el aprendizaje automático y la optimización. Descubre las posibilidades reales de esta tecnología para abordar problemas complejos y conoce las tendencias actuales, desde Quantum-as-a-Service hasta nuestra posición en el ecosistema cuántico. Te invito a leer una visión práctica y realista de este campo. En esta primera parte haremos una introducción al campo y hablaremos del negocio cuántico.

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Introducción a la computación cuántica

La computación cuántica es una disciplina que aprovecha los principios de la física cuántica para procesar información de manera radicalmente diferente a los ordenadores clásicos. Se aprovecha de estos tres fenómenos para codificar la información y procesarla:

Ilustración 1: Principios físicos de la computación cuántica.

• La superposición permite que un qubit (bit cuántico) exista en múltiples estados simultáneamente. Mientras que un bit clásico solo puede ser 0 o 1, un qubit puede ser 0, 1 o cualquier combinación de ambos al mismo tiempo. Esto es como si una moneda pudiera estar en cara y cruz a la vez antes de caer.
• La interferencia cuántica permite manipular las probabilidades de los posibles resultados de un cálculo. Se pueden reforzar ciertos resultados y cancelar otros. Es como si pudiéramos influir en cómo caerá una moneda mientras aún está girando en el aire
• El entrelazamiento es un fenómeno por el cual dos o más qubits quedan conectados de tal forma que el estado de uno afecta instantáneamente al estado del otro, sin importar la distancia que los separe. Es como si dos monedas giratorias estuvieran sincronizadas para caer siempre del mismo lado, incluso estando muy alejadas

■ Los qubits pueden existir en superposición (0 y 1 simultáneamente) y entrelazarse entre sí lo que permite explorar múltiples soluciones en paralelo, en un fenómeno llamado paralelismo cuántico.

—Por ejemplo, un circuito con 50 qubits puede analizar hasta 2^50 posibilidades en una sola operación.

A pesar de su potencial, la tecnología enfrenta retos:

• Decoherencia cuántica: Los qubits pierden su estado cuántico debido a interferencias ambientales (vibraciones, temperatura), limitando su tiempo útil para cálculos a microsegundos.
• Ruido y errores: Las operaciones cuánticas tienen tasas de error altas que se acumulan rápidamente en circuitos complejos. Esto obliga a tener que repetir cada operación (llamada shot) miles de veces para conseguir resultados fiables
• Infraestructura exigente: Los qubits superconductores, como los de IBM y otros, requieren refrigeración cerca del cero absoluto (-273°C), aislamiento en cámaras de vacío y escudos de radiación para minimizar perturbaciones.

Construyendo el candelabro

Los ordenadores cuánticos, a diferencia de los ordenadores clásicos, carecen de elementos como memoria RAM o discos duros, y su diseño se centra en mantener la coherencia cuántica y minimizar interferencias.

Para operar, los qubits superconductores necesitan temperaturas cercanas al cero absoluto (-273°C). Esto se logra mediante sistemas de enfriamiento que utilizan helio y nitrógeno líquido. Estas temperaturas ultra bajas reducen el movimiento térmico de los átomos, crucial para mantener los estados cuánticos. Refrigerador de dilución es el nombre que recibe la estructura que sostiene todo el sistema. Es la imagen más icónica de la computación cuántica y por su forma, se le llama informalmente el candelabro (se ve muy bien en esta infografía del Barcelona Supercomputing Centre).

El núcleo del sistema alberga los qubits, normalmente en circuitos superconductores de niobio o aluminio depositados sobre obleas de silicio. Estos se protegen con blindajes electromagnéticos para evitar interferencias externas. Además, las cámaras de vacío eliminan vibraciones y partículas residuales que podrían alterar los qubits. La manipulación de los estados cuánticos de los qubits se realiza mediante pulsos de microondas.

Como puedes ver, estos ordenadores difieren mucho de un ordenador convencional. Veamos ahora cómo es el mercado cuántico.

El mercado cuántico actual

El mercado de la computación cuántica ha experimentado un crecimiento en los últimos años. Este crecimiento se divide en tres áreas clave, como señala el informe del World Economic Forum 2025:

Ilustración 2: El mercado cuántico.

El objetivo principal de la seguridad y comunicaciones cuánticas es mitigar las amenazas que la computación cuántica plantea a la criptografía clásica. Esto incluye el desarrollo de criptografía poscuántica (PQC), que resiste ataques cuánticos, y la distribución cuántica de claves (QKD), que permite la transmisión segura de claves mediante fotones entrelazados. Estas tecnologías son cruciales para proteger infraestructuras críticas como bancos y redes eléctricas.

Los sensores cuánticos aprovechan propiedades como el entrelazamiento y la superposición para realizar mediciones ultra-precisas. Tecnologías como los SQUIDs pueden detectar campos magnéticos débiles. Estos sensores tienen aplicaciones en salud o energía.

La computación cuántica está siendo explorada para su aplicación en inteligencia artificial, aprendizaje automático u optimización entre otros. En optimización, se investiga su potencial para analizar combinaciones complejas en problemas de logística y planificación de recursos. En aprendizaje automático, se estudian nuevas formas de procesar datos en espacios de alta dimensionalidad, con posibles aplicaciones en clasificación y análisis predictivo.

La financiación de este mercado, tanto de fuente pública como privada, se está centrando en dos áreas. Por un lado, la inversión en hardware y en el desarrollo de ordenadores más grandes (más qubits), y menos ruidosos. Los fabricantes están creando sistemas cada vez más avanzados, como por ejemplo IBM y sus chips Heron de 156 qubits anunciados en 2023¹.

Por otro lado, se están disponiblizando plataformas de tipo Quantum-as-a-Service (como IBM Quantum) que democratizan el acceso a procesadores cuánticos.

En la próxima entrega de la serie hablaremos de dónde son útiles (y dónde no) y de las herramientas disponibles. Stay tuned!

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1. Aunque el número de qubits no es la única métrica por la que se miden los computadores cuánticos, sí es la más sencilla de entender. En general, se prefiere utilizar el término volumen cuántico, que incluye el número de qubits, la tasa de errores y la velocidad de computación (circuitos ejecutados por segundo).

Photo (cc) de un modelo IBM Quantum System One en Shin-Kawaski para la Universidad de Tokio. IBM Research.