Estamos siendo testigos de una nueva era que se aproxima en el campo de las ciencias de la computación y la innovación en la computación cuántica se encuentra en el eje central de este cambio de paradigma.
Es oportuno mencionar que en el año 2021 se anunciaron más de $1.700 millones de dólares sólo en financiamiento inicial para las startup y empresas del sector, más del doble de la cantidad recaudada en 2020.
Esto se debe, en gran parte, a una gran aceleración en la inversión privada de organizaciones de todo el mundo, que compiten para realizar el desarrollo más relevante.
Beneficios computacionales de la cuántica
Si bien las computadoras cuánticas se han discutido en los círculos académicos desde principios de la década de 1980, la investigación siguió siendo modesta y esencialmente teórica hasta que los organismos científicos comenzaron a alcanzar hitos más significativos en la última década.
A raíz de estos avances, las empresas tecnológicas privadas han comenzado sus propios programas importantes de investigación y desarrollo.
IBM lanzó el primer sistema informático cuántico integrado en 2019. Denominado IBM Quantum System One.
Poco después, el procesador Sycamore de 54 qubits de Google completó un cálculo en 200 segundos que le habría tomado a la supercomputadora clásica más poderosa del mundo 10,000 años.
Las computadoras cuánticas no solo existen, sino que Fujitsu predice que hará que su tecnología de computación cuántica esté disponible comercialmente el próximo año. Sí! Leíste bien, en 2023 ya se podría disponer de una computadora cuántica en pleno uso.
Comprensiblemente, existe un gran entusiasmo por lo que podría significar esta afluencia de innovación. Quantum hace posibles aplicaciones que simplemente no son prácticas con la tecnología tradicional y acelera drásticamente muchas que sí lo son.
Pero a medida que llegamos al borde de la comercialización de la computación cuántica, también ha habido una creciente alarma por parte de los organismos académicos y de la industria sobre su impacto en nuestra infraestructura de seguridad de datos
Estas ansiedades han sido un contrapeso continuo a los beneficios de la tecnología pero parece que es momento de darle rienda suelta a su aplicación.
Sin embargo, gracias a los nuevos avances en seguridad cuántica, estamos más cerca de poder disfrutar de estos beneficios sin pagar un costo en la integridad de la seguridad de nuestros datos.
1. Avances médicos
Una de las aplicaciones más emocionantes y esperadas de las computadoras cuánticas es la investigación y el desarrollo médico. Por ejemplo la investigación de medicamentos generalmente requiere la evaluación de la interacción de un gran número de variables dentro de la química de nuestro cuerpo con los componentes del medicamento, observando su impacto a lo largo del tiempo en las condiciones a las que se dirigen, junto con los efectos secundarios. Es decir, poder crear una medicina eficaz y sin efectos contraproducentes para el organismo requiere mucho tiempo y dinero en pruebas y validaciones que se podrían acortar enormemente con la aplicación del procesamiento de datos de las quantum computers.
En la actualidad las computadoras tradicionales tienen que usar métodos secuenciales para modelar cada posibilidad a su vez. Los nuevos medicamentos toman un promedio de 2 mil millones de dólares y más de diez años para llegar al mercado después del descubrimiento.
Las computadoras cuánticas, que utilizan cálculos simultáneos en lugar de secuenciales, acelerarían drásticamente este proceso. De hecho, podrán modelar situaciones miles de veces más rápido que las poderosas computadoras actuales. Como resultado, el diseño y descubrimiento de fármacos será más rápido y menos costoso.
2. Saltos en sostenibilidad
Otra aplicación importante es el descubrimiento de alternativas sostenibles a los materiales y la energía que se utilizan actualmente. Como afirma McKinsey, la computación cuántica ya se está aplicando a una amplia gama de investigaciones, que incluyen: “frenar el metano producido por la agricultura, hacer que la producción de cemento esté libre de emisiones, mejorar las baterías eléctricas para vehículos, desarrollar una tecnología solar renovable significativamente mejor, encontrar una solución más rápida”. Encontrar la forma de reducir el costo del hidrógeno para convertirlo en una alternativa viable a los combustibles fósiles, y usar amoníaco verde como combustible y fertilizante”.
Mientras tanto, otras investigaciones están produciendo beneficios indirectos. Las computadoras cuánticas se están utilizando para mejorar el diseño de catalizadores, por ejemplo.
La economía mundial depende de la producción de grandes cantidades de productos químicos cada año, muchos de los cuales se producen mediante electrólisis. Por lo tanto, lograr que los catalizadores para los procesos electrolíticos sean más eficientes no solo podría reducir significativamente su costo, sino también el impacto que tienen en el medio ambiente.
3. Una nueva solución a la amenaza de seguridad
Con cada nueva innovación viene la amenaza de que se utilice con intenciones maliciosas. La realidad es que las computadoras cuánticas serán capaces de realizar fácilmente cálculos para descifrar algoritmos de criptografía de clave pública. Estas técnicas de cifrado se utilizan para proteger gran parte de nuestros datos valiosos en la actualidad, desde mensajes de WhatsApp hasta transferencias bancarias.
Ya se ha invertido una gran cantidad de inversión e investigación en el problema de cómo crear redes cuánticas seguras; aquí, Quantum Key Distribution (QKD) ha demostrado ser un campo increible.
La tecnología QKD aprovecha las leyes de la física cuántica para garantizar que los ciber delincuentes no puedan descifrar los datos en tránsito, incluso con el uso de nuevas y potentes computadoras cuánticas, al mismo tiempo que mantiene la seguridad frente a otras computadoras de alto rendimiento.
Para los proveedores de telecomunicaciones, la tecnología QKD ofrece una forma de proteger a los clientes de las amenazas de ciberseguridad actuales y futuras. Sin embargo, la integración de QKD en las redes existentes tradicionalmente ha presentado complicaciones.
Por lo general, ha habido dos opciones, ambas con una desventaja significativa. En primer lugar, los proveedores podrían revisar toda su red para instalar fibras oscuras adicionales para transportar señales QKD. En áreas metropolitanas muy urbanizadas, esto puede ser muy poco práctico.
La segunda opción es transmitir señales QKD en fibras existentes utilizando técnicas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM), o simplemente “multiplexación”, en las que se lanzan muchos canales de longitud de onda de datos ópticos diferentes en la misma fibra.
Sin embargo, este método generalmente significaba comprometer la distancia y el rendimiento de las redes existentes. Dichos obstáculos han impedido que muchos proveedores puedan avanzar en la instalación de tecnologías cuánticas seguras.
Las nuevas tecnologías están dando esperanza a la causa, justo cuando la amenaza cuántica se acerca. Toshiba ha sido pionera en soluciones cuánticas seguras durante décadas, y ahora hemos descubierto una técnica que permitirá la multiplexación en la misma fibra, sin comprometer el rendimiento.
Al separar las señales QKD y convencionales en diferentes longitudes de onda dentro de la fibra óptica, la señal QKD y la clave secreta se pueden transportar con éxito, sin afectar el rendimiento ni requerir un reinicio de la red, evitando el tiempo de inactividad en sistemas críticos.
Si bien QKD sobre fibras dedicadas ha estado disponible durante algún tiempo, esta innovación hace que QKD sea económicamente viable por primera vez, incluso para entornos complejos construidos cerca del cliente. Con este sistema, es posible implementar fácilmente QKD en una infraestructura de red existente, sin necesidad de introducir nuevas fibras para las señales cuánticas, lo que reduce radicalmente el costo de hacer que una infraestructura actual sea cuánticamente segura.
Mientras tanto, al utilizar esta nueva técnica de multiplexación, los proveedores también pueden mantener los estándares de rendimiento existentes.
Gracias a estos avances, ahora es posible entusiasmarse con el poder de la computación cuántica y los beneficios para los problemas más complejos de la sociedad, sin pagar el precio de la seguridad de nuestros datos.
