Computación cuántica: “Estamos a una idea de distancia de una revolución”

Como un salto comparable a cuando se pasó de la máquina de escribir al computador clásico. Así podría ser el impacto que tendrán los computadores cuánticos cuando al fin sean una realidad. Hallar la fórmula de un nuevo fármaco para tratar enfermedades que hoy son incurables, prevenir alteraciones genéticas, crear materiales con propiedades optimizadas y hasta mejorar la IA son algunas de las potencialidades que se atribuyen a esta tecnología.

La computación cuántica es un cambio de paradigma. En un computador clásico, la unidad básica es el bit, que solo tiene dos estados posibles: 0 ó 1. En computación cuántica, la unidad básica es el qubit (o bit cuántico), que tiene la capacidad de existir en una superposición de estados. Esta característica le permite resolver problemas extremadamente complejos.

“El principio de superposición hace que, con un computador cuántico, uno pueda explorar todas las posibilidades en paralelo, en una sola simulación. A diferencia del computador clásico, que lo hace secuencialmente, una a la vez”, explica el doctor en Física y profesor asociado del Instituto de Física UC, Dardo Goyeneche, quien afirma que, cuando esta tecnología finalmente llegue, “las ventajas tendrán un impacto concreto en el mundo real”.

Una aplicación que se proyecta es la resolución de “problemas combinatorios”, donde existen múltiples caminos posibles y solo uno conduce a la solución óptima. Por ejemplo, determinar, en tiempo real, cuál es la forma más efectiva de mitigar un incendio forestal con múltiples focos y variables. “Aquí la solución cuántica llegaría mucho antes”, señala.

Otro uso es la “optimización molecular”, que consiste en hallar la mejor forma de disponer átomos para diseñar nuevas moléculas. “Cualquier propiedad que uno quiera optimizar se codifica en el computador cuántico y éste va a encontrar qué moléculas son las indicadas y cómo deben acoplarse para que maximicen la eficiencia de la característica deseada”, detalla.

Esto permitiría, por ejemplo, crear materiales que tengan alguna característica particular: más livianos, más elásticos o resistentes al fuego. Y también diseñar nuevos fármacos: “Si uno pudiera entender de manera precisa la estructura estable de moléculas de alta complejidad, se podrían diseñar fármacos para enfermedades que hoy no tienen un tratamiento efectivo, porque el diseño partiría desde la función que uno quiere que cumpla el compuesto a nivel molecular”.

“Y, yendo más allá, se podría entender mucho mejor cómo se codifica la información en el ADN y curar o incluso prevenir enfermedades genéticas o congénitas. Es ilimitado lo que uno podría hacer con un supercomputador cuántico”, plantea. Sin embargo, para llegar a ese escenario, aún quedan grandes desafíos por sortear.

«El principio de superposición hace que, con un computador cuántico, uno pueda explorar todas las posibilidades en paralelo, en una sola simulación. A diferencia del computador clásico, que lo hace secuencialmente, una a la vez”, Dardo Goyeneche, doctor en Física.

«Memoria a corto plazo»

Para entenderlo mejor, en un computador cualquiera, la parte física donde se resuelven las operaciones es el procesador o chip. En los computadores tradicionales, los chips tienen transistores, que codifican la información en cada bit.

En los computadores cuánticos, los chips contienen partículas de tamaño atómico, sobre las cuales se realizan operaciones lógicas al hacerlas interactuar entre sí. La complejidad radica en que estas partículas atómicas funcionan bajo las leyes de la mecánica cuántica, que son muy distintas a las leyes clásicas que conocemos, y que son las que permiten fenómenos como la superposición de estados de la materia. Por ello, fabricar piezas tecnológicas eficientes, que logren funcionar bajo estas leyes, supone un desafío adicional para quienes hoy trabajan en su desarrollo.

Actualmente, existen dos grandes problemas por solucionar. Uno es que los computadores cuánticos, para poder hacer cálculos complejos, requieren contar con una gran cantidad de qubits. Pero mientras más qubits tienen, mayor es el nivel de errores inducidos en su funcionamiento. Por eso, los prototipos que hoy existen son todavía muy básicos. “Actualmente, los computadores cuánticos más potentes que existen tienen del orden de mil qubits, pero con eso no se pueden hacer cómputos muy poderosos”, explica Goyeneche. De hecho, aún están lejos de superar a los computadores clásicos o incluso a los smartphones.

Otro escollo es el fenómeno de la “decoherencia”, esto es, que las propiedades cuánticas desaparecen muy rápidamente del sistema físico, lo que hace que en pocos microsegundos estos computadores pierdan toda la información de cálculo que estuvieron procesando, antes de poder completar un cómputo complejo, como si tuvieran “memoria a muy corto plazo”. Algunos prototipos –como los de Google o IBM– solo pueden procesar información cuántica durante unos 300-400 microsegundos.

“Uno de los problemas que se espera resolver es el escaso tiempo de la coherencia cuántica, es decir, que el tiempo que sobrevive la información cuántica sea mucho mayor”, detalla el académico, aunque aclara que esto en ningún caso será “permanente”, sino que se aspira a que pueda durar el tiempo suficiente para realizar cálculos complejos y, posteriormente, descargar la solución a una memoria clásica.

El salto tecnológico que se espera 

Para ello, se están probando distintas fórmulas en busca de aquélla que haga despegar esta tecnología: “Hay muchas tecnologías diferentes que se están testeando –átomos fríos, fotones, superconductores, trampas de iones– y todas tienen aspectos positivos y negativos. Los superconductores requieren temperatura extremadamente baja, los fotones son difíciles de entrelazar… Ninguna logra cubrir todos los requisitos necesarios para tener un buen computador cuántico, de momento”, afirma el investigador.

Pero es optimista y no le extrañaría que en cualquier momento aparezca la solución: “Es una tecnología en desarrollo que está avanzando exponencialmente. El salto tecnológico que se necesita para superar los problemas que hoy tienen los computadores cuánticos es algo que podría ocurrir en cualquier momento. Posiblemente, estamos a una idea de distancia de esta revolución (…) depende de una idea que cambie todo”, indica.

Dice que la ventaja es que “hay miles de investigadores que, a nivel global, están buscando esta solución, la cual podríaestar a la vuelta de la esquina o aparecer en veinte años; o si este año surge una idea brillante, de aquí a cinco años podríamos tener computadores cuánticos poderosos funcionando”. “Es imposible predecir cuándo sucederá, lo que sí es cierto es que la forma en la que se está avanzando ahora es mucho más acelerada que en los inicios de la computación tradicional. El futuro es muy prometedor”, anticipa.

“El salto tecnológico que se necesita para superar los problemas que hoy tienen los computadores cuánticos es algo que podría ocurrir en cualquier momento. Posiblemente, estamos a una idea de distancia de esta revolución”, Dardo Goyeneche, académico del Instituto de Física UC.

¿Y cómo se relacionará la computación cuántica con la IA?

Goyeneche explica que “la computación cuántica no va a reemplazar a la IA”, sino que “se van a complementar”, específicamente en cuanto al “poder de cómputo”. Pero aclara que “algo que no va a suceder es que la computación cuántica ayude a tener bases de datos más grandes para alimentar a la IA”, ya que “la ventaja cuántica está en el poder de cómputo, no en el manejo de grandes volúmenes de datos”.

En ese sentido, afirma que “el disco duro cuántico nunca va a existir”, porque este elemento “justamente almacena información a largo plazo, y la información a nivel cuántico desaparece a corto plazo, por la decoherencia”. “La parte realmente cuántica del computador cuántico será el procesador (…) pero el resto del computador seguirá siendo clásico”, explica.

La apuesta de la UC

La Facultad de Física UC se ha propuesto posicionarse como referente en computación cuántica a nivel nacional y sudamericano. En 2023, inauguró oficialmente esta área con la incorporación del profesor Goyeneche; y hoy, a través de nuevas contrataciones, busca consolidar un equipo para formar profesionales de alto nivel y estrechar vínculos con el sector productivo. Esta tecnología ha experimentado un crecimiento global impresionante, con una inversión estimada de US$ 55 mil millones en 2024, según Forbes. Además, la ONU declaró este 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica. Todo esto refleja su importancia y potencial en el futuro tecnológico y económico mundial.