¿Què és la computació quántica? | Diferències amb la programació binària

La computació quàntica està cridada a revolucionar el que avui entenem per informàtica. No obstant això, encara està en una fase molt primària, en la qual els investigadors i desenvolupadors estan explorant com i en quina mesura ens pot ser útil, perfeccionant les seves virtuts i resolent les dificultats que comporta aquest sistema. Es tracta, sens dubte, d’un tema molt complex, però en les següents línies tractem de donar una mica de llum.

Com és la informàtica clàssica

La primera qüestió que hem d’explicar breument és en què consisteix la informàtica clàssica, i això ens portarà a comprendre les seves diferències amb la computació quàntica. Entenem per informàtica clàssica la que empra programació binària, la unitat bàsica d’informació és el bit. Com potser sabràs, el bit només pot tenir un valor al mateix temps: 1 o 0. I mitjançant la combinació de milions de bits en qualsevol d’aquests dos estats, un ordinador convencional pot fer totes les operacions per a les quals ha estat fabricat.

En l’actualitat, tot el que entenem per ‘món digital’ o ‘societat de la informació’ es basa en la informàtica clàssica a força de programació binària. I per poder dedicar-se de manera professional a això, resulta imprescindible formar-se bé. Per exemple, per mitjà de l’FP d’Informàtica (Titulació Oficial) que ofereix Linkia FP: Desenvolupament d’Aplicacions Web, Administració de Sistemes Informàtics, etc.

Què és la computació quàntica

Aquest tipus de computació es diu així perquè aplica a la informàtica les lleis de la física quàntica. Per exemple, pren com a referència el que fa, la unitat o ‘paquet’ en què s’allibera l’energia.

Una de les premisses bàsiques que empra la computació quàntica, ‘inspirant’ a les lleis quàntiques, és la idea de la superposició: un valor pot tenir un estat d’1 o 0 … o 1 i 0 al mateix temps, en diferent proporció.

Dit de manera col·loquial: en computació quàntica podem tenir un 1 per complet i un 0 per complet, però també un valor l’estat sigui un 1 al 80% i un 0 al 20%, per exemple. I tot això ja no s’expressa en bits, sinó en cubits (o qubits o bits quàntics).

A aquesta premissa de la superposició de valors s’afegeix una altra fonamental: l’entrellaçament. Segons això, encara que les relacions entre aquests valors poden ser variables, també poden mantenir fixes i estables entre si.

¿I quines implicacions tenen aquestes idees de la superposició i entrellaçament? Moltes, però la principal de totes elles és que, gràcies a aquesta multiplicitat d’estats, es multiplica exponencialment la quantitat d’operacions simultànies que es poden fer.

Diferències entre computació quàntica i programació binària

Les diferències entre la computació quàntica i la programació binària són nombrosíssimes. De fet, els ordinadors d’un sistema i l’altre pràcticament no s’assemblen en res, més enllà que són màquines artificials que han de ser programades per les persones per fer les seves operacions. En qualsevol cas, aquest és un llistat de diferències evidents que podem enumerar:

• La programació binària pot usar-se per a tasques quotidianes i també per a tasques complexes de l’àmbit científic, empresarial, etc. No obstant això, la computació quàntica, de moment, no és funcional per a acomplir tasques quotidianes i només està pensada per a fer operacions de gran envergadura i complexitat. Per exemple, les relacionades amb la ciberseguretat o el big data.
• Els ordinadors de tots dos sistemes tenen un aspecte molt diferent. Tots sabem com és un ordinador clàssic, amb la seva CPU, memòria RAM i la resta de components de maquinari que propicien el seu funcionament i maneig. Però un ordinador quàntic, per estrany que sembli, no té memòria ni processador ni pantalla ni res semblant. En realitat, és un cubicle perfectament segellat (normalment de grans dimensions) a l’interior hi ha una estructura metàl·lica en forma de campana amb un gran entramat de cables i un grup de cubits sobre els quals s’opera, manejant des d’ordinadors convencionals externs.
• La computació quàntica és moltíssim més sensible a les incidències, i aquest podria considerar-se el seu gran taló d’Aquil·les. Perquè un ordinador quàntic operi de manera correcta, ha de mantenir unes condicions ambientals molt específiques … i molt difícils de complir en llocs no adaptats a això. Per exemple, una temperatura pròxima a -273 ºC, sense pràcticament pressió atmosfèrica i aïllada del camp magnètic terrestre i dels agents externs. Altrament, els àtoms que formen part del seu mecanisme deixarien d’estar quiets i podrien col·lidir entre si i interferir en la superposició dels estats, provocant errors crítics en la informació processada.

Present i futur de la computació quàntica

Molt s’ha avançat en els darrers anys sobre la computació quàntica, millorant el funcionament d’aquestes computadores i fins i tot desenvolupant models de ‘sobretaula‘. En això s’han implicat empreses tradicionalment molt involucrades en el desenvolupament d’aquesta tecnologia, com IBM, i també gegants tecnològics actuals, com Google.

Però la seva utilització en el món ‘real’ encara queda molt llunyana, ja que els prototips són molt primaris i els inconvenients de la seva sensibilitat a les condicions ambientals redueixen molt la seva aplicació pràctica.

D’altra banda, sembla clar que l’aplicació de la computació quàntica quedarà circumscrita a àmbits molt específics del nostre món que, per la seva complexitat, necessiten equips informàtics superpotents. Parlem, per exemple, de la investigació mèdica i d’ADN que permeti desenvolupar nous fàrmacs, o bé el món de les finances a gran escala.

Però, sobretot, la computació quàntica sembla postular com una poderosa aliada de la ciberseguretat, com ja ha quedat demostrat amb alguns desenvolupaments d’encriptació de dades, com és l’anomenat Quantum Key Distribution (QKD).

En qualsevol cas, la computació quàntica està en una fase tan inicial que encara no forma part dels plans d’estudi dels itineraris formatius en informàtica. De fet, els que tenen la sort de dedicar-s’hi professionalment arriben a ella a través de cursos de postgrau i projectes d’investigació de molt difícil accés.