Imagina iluminar una habitación oscura con una linterna. Puedes predecir con exactitud lo que hará la luz: viajar en línea recta de un punto a otro. Esto parece obvio, ya que en el mundo que nos rodea, la luz parece seguir un único camino claro.
La mecánica cuántica presenta una imagen mucho más compleja.
Si observamos a escala atómica, la luz no se comporta como si siguiera una sola ruta recta. En cambio, una partícula de luz explora simultáneamente todos los caminos posibles. Uno de ellos podría ser, en efecto, la línea recta que cruza la habitación. Pero otros podrían implicar que la luz rebote en las paredes, se curve en el espacio o desvíe improbablemente antes de llegar a su destino.
En cierto modo, la naturaleza mantiene todas estas posibilidades “vivas” simultáneamente. Un resultado emerge solo después de que la luz sea “observada” o se realice una medición. El camino que observamos —generalmente la línea recta— es simplemente el resultado más probable después de que todos los caminos posibles interactúen, lo que hace que algunos resultados sean más probables y otros menos.
Esta idea parece casi imposible desde la perspectiva de la vida cotidiana, pero se encuentra en el corazón de la mecánica cuántica. Hoy, científicos como yo estamos aprendiendo a aprovechar estos extraños efectos cuánticos para construir un tipo de máquina completamente nuevo: la computadora cuántica.
Superposición
En la vida cotidiana, la física es sencilla. Una pelota de tenis está sobre una mesa o no. Una luz está encendida o apagada. Incluso si estás en otra habitación y no sabes cuál es su estado, el objeto en sí ya tiene un estado definido.
La mecánica cuántica no sigue estas reglas habituales. De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, los resultados no son fijos hasta que alguien los observa.
A escalas muy pequeñas, las partículas no tienen estados definidos. En lugar de ser una cosa u otra, existen en un estado aún por determinar. Esto no se debe a que falte información, sino a que la realidad misma no se estabilizó.
Los electrones, los fotones y los átomos pueden estar en superposición: un estado que mezcla varios estados posibles. La partícula puede estar aquí, allá o en algún punto intermedio. El gato de Schrödinger es un ejemplo famoso: un gato en una caja cerrada, conectado a un dispositivo cuántico, está vivo y muerto a la vez hasta que alguien lo comprueba.
Por extraño que parezca, la superposición se confirmó repetidamente en experimentos de laboratorio. Sin embargo, estos estados cuánticos son extremadamente frágiles. Las interacciones con el mundo exterior —como el calor, las vibraciones, los campos electromagnéticos parásitos o incluso el contacto accidental con partículas circundantes— pueden destruir la delicada superposición, forzando al sistema a un único estado.
Los físicos denominan a este proceso decoherencia. Un sistema cuántico se comporta de forma similar a una moneda que gira. Mientras la moneda sigue girando en el aire, desde nuestra perspectiva no se determinó si es cara o cruz; ambos resultados siguen siendo posibles. En mecánica cuántica, las partículas pueden existir en una mezcla similar, una superposición donde coexisten varios estados posibles a la vez.
Solo cuando se realiza una medición, el sistema «elige» un resultado definitivo, al igual que la moneda que finalmente cae como cara o cruz.
Los físicos se refieren a este proceso como colapso, pero los científicos aún no han resuelto el enigma fundamental que impulsa este fenómeno. Imaginemos la música en streaming. Los datos permanecen en su forma original hasta que se inicia el servicio de streaming, que puede reproducir cualquier canción. Al pulsar el botón de reproducción, ese potencial se convierte en una canción real. La medición de partículas cuánticas produce un efecto similar al obligar a que todos los resultados posibles converjan en un único resultado real.
Te interesa: Computación cuántica amenaza a empresas de criptomonedas
Amistades misteriosas a distancia
La superposición no es la única característica extraña de la mecánica cuántica. Otra es el entrelazamiento: un fenómeno que aparece cuando dos partículas interactúan de tal manera que sus propiedades quedan profundamente vinculadas, incluso cuando están separadas por grandes distancias.
Cuando dos partículas interactúan de cierta manera, pueden entrelazarse. Esto significa que medir una nos revela instantáneamente algo sobre la otra, sin importar la distancia que las separe. A Einstein no le gustaba esta idea y la llamaba “acción misteriosa a distancia”. Pensaba que a la teoría cuántica le faltaba algo. Pero después de muchos experimentos, los científicos han demostrado que el entrelazamiento cuántico es real.
Una buena manera de visualizar esto es pensar en dos bailarines. Después de mucha práctica, pueden sincronizar sus movimientos en diferentes escenarios sin hablar. Su perfecta sincronización proviene de la rutina que aprendieron juntos.
De lo insólito a un nuevo tipo de computadora
¿Qué significa todo esto para el futuro de la informática?
Una computadora normal, como la que tienes en tu escritorio, utiliza bits. Cada bit es cero o uno, como un interruptor de luz. Todas tus fotos, videos y mensajes son simplemente largas secuencias de estos interruptores. Pero una computadora cuántica utiliza cúbits. Gracias a la superposición, un cúbit puede ser cero, uno o una combinación de ambos a la vez. Dos cúbits pueden codificar cuatro posibilidades simultáneamente; 10 cúbits pueden codificar 1,024; y 300 cúbits pueden representar más estados que átomos en el universo.
Las computadoras cuánticas buscan realizar ciertos cálculos mucho más rápido que las computadoras clásicas, pero los sistemas actuales aún enfrentan importantes limitaciones en velocidad, estabilidad y capacidad de cálculo.
Una computadora estándar funciona como un corredor que debe recorrer cada camino de un laberinto comprobando secuencialmente cada ruta. Los estados cuánticos evolucionan de tal manera que las rutas de cálculo útiles se refuerzan mutuamente, guiando al sistema hacia el resultado correcto.
Las computadoras cuánticas no son prácticas para el correo electrónico, la gestión de hojas de cálculo ni la transmisión de contenido; las computadoras clásicas actuales son suficientes para estas tareas. El verdadero potencial de las computadoras cuánticas reside en la resolución de problemas demasiado complejos incluso para las computadoras clásicas más potentes del mundo.
Estas tareas incluyen simular la interacción molecular para ayudar a los científicos a diseñar nuevos fármacos, descubrir materiales que podrían mejorar tecnologías como los paneles solares y las baterías, e imulsar campos como la criptografía.
Continúa leyendo: Computación cuántica, IA y biotecnología, claves tecnológicas en 2026
Las cerraduras de internet y sus claves
Casi toda la información privada que se envía en línea —accesos bancarios, historiales médicos, mensajes personales— está protegida por el cifrado Rivest-Shamir-Adleman (RSA), uno de los métodos más utilizados para asegurar las comunicaciones digitales. RSA se basa en la multiplicación de dos números primos grandes. Es seguro porque, si bien multiplicarlos es fácil, sería muy difícil calcular el resultado y determinar qué primos se utilizaron. Un ordenador convencional necesitaría miles de millones de años para descifrar una clave RSA robusta mediante el método de adivinación.
Sin embargo, en 1994, el matemático Peter Shor demostró que un ordenador cuántico lo suficientemente potente podría resolver este problema en tan solo unas horas. Los ordenadores cuánticos actuales aún no son lo suficientemente potentes, pero el rápido progreso indica que podríamos ver esto en los próximos 10 a 20 años.
Debido a este progreso, los expertos en seguridad advirtieron sobre la estrategia de “recopilar ahora, descifrar después”. Los hackers ya están recopilando datos cifrados, con la esperanza de que los futuros ordenadores cuánticos les permitan descifrarlos. Por ejemplo, los historiales médicos de 2026 podrían estar en riesgo en 2040.
La mecánica cuántica no solo amenaza los sistemas de seguridad actuales, sino que también posibilita nuevas formas de protección. La distribución de claves cuánticas podría aprovechar las delicadas propiedades de los estados cuánticos para detectar intrusos. Si alguien intenta interceptar un mensaje cuántico, alteraría el sistema y dejaría claras señales de manipulación.
Investigadores chinos demostraron la distribución de claves cuánticas a través de satélites en 2017, y gobiernos de todo el mundo trabajan actualmente en redes cuánticas seguras.
Pero estos avances también plantean interrogantes éticos. Las mismas herramientas cuánticas que ayudan a los científicos a comprender las proteínas también podrían utilizarse para espiar mensajes privados. Los primeros países y empresas que construyan ordenadores cuánticos capaces de superar a los ordenadores clásicos tendrán un poder considerable sobre los demás.
Este cambio podría llegar a ser tan importante como la invención de la escritura o la tecnología nuclear. La tecnología en sí misma no es buena ni mala; lo que importa es cómo la utilizamos.
¿Dónde nos encontramos realmente?
En 2019, Google anunció que su procesador Sycamore realizaba un cálculo en 200 segundos. El equipo estimó que una supercomputadora típica tardaría 10,000 años en realizar la misma tarea. Algunos cuestionaron la afirmación, y el cálculo no resultó muy útil, pero aun así representó un gran avance: un verdadero ejemplo de “beneficio cuántico”.
Actualmente, IBM, Google e IonQ, junto con numerosas universidades, trabajan en la construcción de computadoras cuánticas más grandes y fiables. El principal problema radica en la extrema fragilidad de los cúbits. Incluso sutiles variaciones como vibraciones, luz parásita o pequeños cambios de temperatura pueden alterar su estado. La mayoría de las computadoras cuánticas deben enfriarse a temperaturas incluso inferiores a las del espacio exterior.
Es probable que las computadoras cuánticas no reemplacen a las computadoras de escritorio ni agilicen las tareas informáticas diarias. Sin embargo, forman parte de una revolución tecnológica que podría mejorar la medicina, la ciencia de los materiales y la ciberseguridad. Es probable que ese impacto se produzca gradualmente: a corto plazo, las computadoras cuánticas seguirán siendo herramientas de investigación especializadas, pero en las próximas una o dos décadas podrían empezar a desempeñar un papel práctico en diferentes áreas.
*Aldo Romero es profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Virginia Occidental.
Este texto fue publicado originalmente en The Conversation
Síguenos en Google Noticias para mantenerte siempre informado
