El futuro de la computación cuántica en las empresas: actores clave, aplicaciones y métricas de rendimiento

La computación cuántica promete transformar la forma en que resolvemos problemas complejos, pero ¿está lista para aplicaciones críticas para el negocio? Si bien gran parte de la atención actual se centra en la investigación científica, la tecnología avanza a paso firme hacia su aplicación práctica en las industrias. Esta publicación explora si la computación cuántica impactará pronto en las empresas, quiénes son los principales proveedores, qué ofrecen sus productos y cómo se compara el rendimiento cuántico con la computación clásica. También explicamos cómo funcionan los cúbits con un ejemplo sencillo para aclarar el concepto central de esta tecnología emergente.

¿Está la computación cuántica preparada para aplicaciones empresariales críticas?

La computación cuántica aún se encuentra en sus etapas iniciales, pero ha avanzado significativamente en los últimos años. Actualmente, la mayoría de las computadoras cuánticas operan con un número limitado de cúbits y son propensas a errores, lo que restringe su uso principalmente a fines de investigación y experimentación. Las empresas están muy atentas a este fenómeno, ya que las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras clásicas.

Casos de uso empresarial actuales

• Problemas de optimización: las empresas de logística y gestión de la cadena de suministro exploran algoritmos cuánticos para mejorar el enrutamiento y la programación.

• Modelado financiero: Algunas instituciones financieras prueban la computación cuántica para el análisis de riesgos y la optimización de carteras.

• Ciencia de los materiales y química: las empresas farmacéuticas utilizan simulaciones cuánticas para descubrir nuevas moléculas y medicamentos.

  
  

A pesar de estas áreas prometedoras, la computación cuántica aún no se ha implementado ampliamente en operaciones comerciales críticas. La tecnología necesita superar desafíos como la estabilidad de los cúbits, la corrección de errores y el escalado antes de poder gestionar con fiabilidad grandes cargas de trabajo en el mundo real.

Perspectivas futuras

Los expertos predicen que la computación cuántica se trasladará gradualmente de los laboratorios de investigación a los entornos empresariales durante la próxima década. Es probable que los enfoques híbridos que combinan sistemas clásicos y cuánticos dominen las aplicaciones iniciales. A medida que el hardware mejore, industrias como las financieras, la logística, la energía y la farmacéutica podrían obtener beneficios significativos.

Cómo funcionan los cúbits: comprender los estados múltiples

A diferencia de los bits clásicos, que representan 0 o 1, los cúbits pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias a una propiedad llamada superposición . Esto permite a las computadoras cuánticas procesar una gran cantidad de posibilidades a la vez.

Ejemplo de superposición de qubits

Imagine una moneda girando en el aire. Mientras gira, no sale ni cara ni cruz, sino una combinación de ambas. Al caer, se convierte en una u otra. De forma similar, un cúbit en superposición mantiene los estados 0 y 1 hasta que se mide.

Matemáticamente, un estado de qubit se puede escribir como:

|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩

Aquí, α y β son números complejos que representan las amplitudes de probabilidad de que el qubit esté en el estado 0 o 1. Las probabilidades de medir cada estado son |α|² y |β|², que suman 1.

Entrelazamiento e interferencia

Los cúbits también pueden entrelazarse , lo que significa que el estado de un cúbit depende de otro, independientemente de la distancia entre ellos. Esta propiedad permite a las computadoras cuánticas realizar cálculos complejos que las computadoras clásicas no pueden replicar eficientemente.

La interferencia permite que los algoritmos cuánticos amplifiquen las respuestas correctas y cancelen las incorrectas, mejorando las posibilidades de encontrar la solución correcta.

Principales proveedores de productos de computación cuántica

Varias empresas lideran el desarrollo y la comercialización de hardware y software de computación cuántica. Sus productos difieren en tecnología de cúbits, rendimiento y accesibilidad.

IBM Quantum

• Tecnología: cúbits superconductores

• Recuento de qubits: más de 400 qubits disponibles en los sistemas IBM Quantum (a partir de 2024)

• Características: Plataforma de computación cuántica basada en la nube (IBM Quantum Experience), kits de desarrollo de software de código abierto (Qiskit) y flujos de trabajo híbridos cuántico-clásicos.

• Aplicaciones: Investigación, educación y experimentos empresariales en fase inicial.

  
  

IBM se centra en hacer que la computación cuántica sea accesible a través de la nube, permitiendo a los usuarios de todo el mundo ejecutar experimentos en procesadores cuánticos reales.

Inteligencia artificial cuántica de Google

• Tecnología: cúbits superconductores

• Cantidad de qubits: procesadores "Bristlecone" de 72 qubits y más nuevos con más qubits

• Características: Demostración de supremacía cuántica, marco de software Cirq y colaboraciones de investigación

• Aplicaciones: Investigación científica, desarrollo de algoritmos y exploración de ventajas cuánticas.

  
  

Google fue noticia al demostrar la supremacía cuántica en 2019, mostrando una computadora cuántica que resolvía un problema más rápido que la mejor supercomputadora clásica.

Rigetti Computing

• Tecnología: cúbits superconductores

• Recuento de qubits: más de 80 qubits en sistemas accesibles desde la nube

• Características: Plataforma forestal para programación cuántica, computación híbrida cuántica-clásica e integración con servicios de nube clásicos.

• Aplicaciones: Optimización, aprendizaje automático y simulaciones químicas.

  
  

Rigetti ofrece una plataforma de computación cuántica completa que combina hardware y software para desarrolladores y empresas.

Sistemas D-Wave

• Tecnología: Recocido cuántico (optimización cuántica especializada)

• Recuento de qubits: más de 5000 qubits en el último sistema Advantage

• Características: Enfoque en problemas de optimización, solucionadores híbridos que combinan métodos clásicos y cuánticos

• Aplicaciones: Logística, finanzas, fabricación y ciencia de los materiales.

  
  

El enfoque de D-Wave se diferencia al centrarse en problemas de optimización específicos en lugar de en la computación cuántica universal.

IonQ

• Tecnología: cúbits de iones atrapados

• Número de cúbits: más de 32 cúbits de alta fidelidad

• Características: Altos tiempos de coherencia, acceso a la nube a través de AWS y Microsoft Azure, y arquitectura escalable.

• Aplicaciones: Investigación, criptografía y primeras aplicaciones comerciales.

  
  

La tecnología de iones atrapados de IonQ ofrece vidas útiles de qubits más largas y tasas de error más bajas en comparación con los qubits superconductores.

Comparación de rendimiento: computación cuántica vs. computación clásica

La computación cuántica no es universalmente más rápida que la computación clásica. Destaca en problemas específicos, pero presenta dificultades en otros. A continuación, se muestra una comparación de rendimiento:

Velocidad y eficiencia

• Ventaja cuántica: para ciertos algoritmos como la factorización de Shor o la búsqueda de Grover, las computadoras cuánticas pueden, teóricamente, resolver problemas de forma exponencial o cuadráticamente más rápida.

• Limitaciones actuales: el ruido, las tasas de error y los recuentos limitados de qubits restringen las aceleraciones prácticas actuales.

• Puntos fuertes de los ordenadores clásicos: Los ordenadores clásicos siguen siendo superiores para tareas de uso general y para el procesamiento de datos a gran escala.

  
  

Ejemplo: Factorizar números grandes

Los algoritmos clásicos para factorizar números grandes se vuelven exponencialmente más lentos a medida que aumenta el tamaño del número. Algoritmos cuánticos como el de Shor pueden factorizar números grandes en tiempo polinómico, lo que amenaza los sistemas criptográficos actuales.

Evaluación comparativa de sistemas cuánticos

• Volumen cuántico: IBM utiliza esta métrica para medir el rendimiento efectivo de una computadora cuántica, considerando el número de qubits, las tasas de error y la conectividad.

• Tiempo de coherencia de qubit: una coherencia más prolongada significa que los qubits mantienen su estado durante más tiempo, lo que permite cálculos más complejos.

• Fidelidad de la puerta: la precisión de las operaciones cuánticas impacta directamente en la confiabilidad del cálculo.

  
  

En la actualidad, las computadoras cuánticas tienen volúmenes cuánticos de cientos a miles, muy por debajo de lo que se necesita para aplicaciones comerciales a gran escala.

Pasos prácticos para empresas interesadas en la computación cuántica

• Comience con la educación: aprenda los conceptos básicos de la computación cuántica y su impacto potencial en su industria.

• Experimente con plataformas en la nube: utilice IBM Quantum Experience, Amazon Braket o Microsoft Azure Quantum para ejecutar pequeños experimentos.

• Identifique problemas adecuados: busque desafíos de optimización, simulación o criptografía en los que la computación cuántica podría ayudar.

• Colaborar con expertos: asociarse con instituciones de investigación o empresas emergentes cuánticas para explorar proyectos piloto.

• Planifique a largo plazo: la computación cuántica madurará con el paso de los años; prepare su infraestructura y sus equipos en consecuencia.