Los ordenadores que todos conocemos se basan en almacenar la información en forma binaria, es decir, mediante unos y ceros (bits). Estos dos estados se construyen mediante transistores. Los ordenadores personales actuales tienen cientos de millones de transistores. Sin embargo, un ordenador clásico no puede calcular con rapidez muchas cosas. Los ordenadores cuánticos, tecnología futura actualmente en su infancia, pueden hacerlo.

La base de los ordenadores cuánticos es la "magia cuántica" del principio de supersición, que permite que un sistema cuántico con dos estados pueda estar simultáneamente en los dos estados. De esta forma, un ordenador cuántico puede almacenar el texto de esta página y "percibirlo" completamente en un sólo vistazo, sin necesidad de leerlo letra a letra. Los ordenadores cuánticos construidos hasta la fecha son sencillos en extremo (sólo saben sumar 1+1 o buscar un uno en una lista de cuatro bits). Sin embargo, el físico teórico Roger Penrose, que encontró errores en la tesis doctoral de Stephen Hawking y trabajó junto a él durante los años 60, considera que la Naturaleza nos ha dado un ejemplo perfecto de ordenador cuántico, nuestro propio cerebro. Penrose cree que la base de la conciencia humana es la "magia cuántica".

Los ordenadores cuánticos fueron sugeridos por Richard Feynman, premio Nobel de Fïsica, en 1981, aunque su formulación matemática no fue desarrollada hasta 1985 por David Deutsch de la Universidad de Oxford. En 1994, dejaron de ser una rama esotérica de la matemática, Peter Shor, de los laboratorios AT&T de la compañía Bell, encontró un programa para un ordenador cuántico que permitía factorizar números en factores primos mucho más rápido que cualquier ordenador clásico. En 1997, Lov Grover de los laboratorios Bell desarrolló un programa cuántico que permite buscar información en una base de datos desordenada en tiempo proporcional a la raíz cuadrada del número de datos. Un ordenador clásico para buscar un dato en una lista necesita comprobar, en el peor caso, todos los datos uno a uno y necesita un tiempo proporcional al número de datos. Sin embargo, el ordenador cuántico utiliza la "magia cuántica" para ver muchos datos al mismo tiempo y utiliza un tiempo proporcional a la raíz cuadrada del número de datos. Por ejemplo, una clave de acceso estándar en Internet que utiliza 8 dígitos (letras o números) puede ser encontrada, operando sistemáticamente con un ordenador clásico, tras probar unas 35 mil billones de posibilidades (2 elevado a 55) mientras que un ordenador cuántico con el algoritmo de Grover requiere sólo unos 200 millones. Si se prueban un millón de combinaciones por segundo, el ordenador clásico necesita mil años y el cuántico sólo cuatro minutos.

Los ordenadores cuánticos almacenan la información en forma de qubits, que son estados cuánticos que representan unos y ceros. Un qubit puede representar un uno y un cero al mismo tiempo, con cierta probabilidad. Se han propuesto diferentes maneras de construir ordenadores cuánticos, si bien, hasta el momento, sólo se han obtenido ordenadores muy pequeños. La vía más prometedora parece ser el uso de computadores basados en resonancia magnética nuclear, en la que se utiliza un campo magnético externo para alinear grupos de núcleos átomicos en un líquido, sólido o gas, de tal forma que el pequeño campo magnético de los núcleos se alinea con el campo externo, representando un uno, o en la dirección contraria, representado un cero. De esta forma se ha conseguido implementar unos pocos qubits.

Hasta el momento los ordenadores cuánticos construidos han obtenido resultados prometedores, aunque de pequeña escala. En 1997 un ordenador cuántico fue capaz de ejecutar la operación 1+1 = 2, que aunque parezca muy simple, requiere tres qubits. En 1998 un ordenador cuántico con cuatro qubits implementó el algoritmo de búsqueda de Grover, consiguiendo encontrar un bit entre cuatro utilizando un solo paso de cálculo, cuando un ordenador clásico hubiera requerido, en media, más de dos pasos de cálculo. En julio de 1999, un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts ha utilizado un computador cuántico para resolver un problema de física cuántica, el problema del oscilador harmónico truncado, lo que hace el sueño de Feynman cada vez más próximo.

Francisco R. Villatoro

Profesor de la Universidad de Málaga