La computación cuántica basa sus principios en la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico

¿Cómo afectaría la computación cuántica a la logística?

25 noviembre 2021

La computación cuántica poco a poco va abriéndose paso dentro del mundo que conocemos. Los ordenadores cuánticos han pasado de ser el futuro de la informática a estar cada día un poco más cerca de ser una realidad. Estos superordenadores utilizan las reglas de la mecánica cuántica, es decir, aquella rama de la física que estudia el comportamiento de la luz y la materia a escala atómica y subatómica, para superar las limitaciones de la informática clásica.

Pero, ¿qué aplicaciones podría tener esta nueva informática en la logística? ¿Con la ayuda de la cuántica se podría, por ejemplo, conseguir una última milla realmente eficiente? ¿La crisis de la cadena de suministro podría haberse evitado o, al menos, minimizado con esta tecnología?

La física cuántica

La mecánica cuántica (o física cuántica) surge como tal en 1900 cuando el físico alemán Max Planck teorizó que la luz se transmite en forma de pequeños paquetes de energía que denominó "cuantos". Este concepto evolucionó y encontró su interpretación matemática con las aportaciones de otros científicos como Albert Einstein, Werner Heisenberg o Erwin Schrödinger. Este último definió en 1929 el comportamiento de las partículas atómicas como una onda de probabilidad, lo que luego derivó en la popular paradoja del gato de Schrödinger. A partir de aquí, el estudio de la cuántica progresó rápidamente y hoy en día las aplicaciones de esta teoría están muy presentes en nuestra vida cotidiana: microprocesadores, resonancias magnéticas e iluminación LED, entre otras.

Según la mecánica cuántica, el estado-posición de una partícula es complementario a un estado-momento, por lo que una partícula puede estar en múltiples estados simultáneamente. El profesor del departamento de física de la Universidad de Harvard, David Morin, lo describe así: “En la mecánica cuántica, las partículas tienen propiedades ondulatorias. Y una ecuación de onda en concreto ─la ecuación de Schrödinger─ rige el comportamiento de esas ondas”.

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica consiste en la aplicación de las leyes de la mecánica cuántica al ámbito de la informática. Según afirma el profesor de ciencia computacional Lee Spector en su libro Advances in Genetic Programming, “la computación cuántica es un campo de la informática que emplea las dinámicas de los objetos a escala atómica para almacenar y manipular información”.

En otras palabras, esta tecnología parte de los principios de superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar la capacidad de las computadoras. La computación cuántica pone a disposición de los ordenadores algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, dotando al sistema de mayor capacidad de cálculo que un ordenador convencional.

La computación cuántica podría multiplicar la velocidad de dispositivos que emplean tecnologías como machine learning o big data
La computación cuántica podría multiplicar la velocidad de dispositivos que emplean tecnologías como machine learning o big data (Foto: Quantum Computer - IBM, bajo licencia CC BY 2.0)

La idea de la computación cuántica nace a principios de la década de los ochenta cuando el físico americano Paul Benioff expuso su primer modelo teórico de ordenador cuántico. Paralelamente a Benioff, el también físico estadounidense Richard Feynman apuntó en su estudio Simulating Physics with Computers la necesidad de diseñar ordenadores cuánticos para poder realizar digitalmente experimentos de mecánica cuántica.

Del bit clásico al 'qubit'

Los cúbits o qubits (del inglés, quantum bit) son la unidad de información empleada en la computación cuántica. A diferencia del bit clásico binario, que tan solo puede representar un valor de 0 o 1, un cúbit tiene un estado indefinido de 0, 1 o cualquier proporción de 0 y 1 superpuesta.

Al poder desarrollar simultáneamente funciones de 0 y 1 mediante bits cuánticos, la computación cuántica dispara la velocidad de ejecución: “Los qubits son la unidad mínima de información procesable en la computación cuántica, es decir, un sistema de mecánica cuántica bidimensional que permite combinar simultáneamente la codificación clásica de bits de información (0 y 1)”, afirma Román Orús, profesor de la Johannes Gutenberg University en Alemania, en la revista académica Reviews in Physics.

Los qubits son la unidad de información empleada en la computación cuántica
Los qubits son la unidad de información empleada en la computación cuántica

En función del número exacto de bits cuánticos, estos ordenadores pueden desarrollar cálculos en menos espacio y a una velocidad inalcanzable para un ordenador convencional. Microsoft, empresa puntera en el desarrollo de software cuántico, explica que, por ejemplo, la información contenida en 500 cúbits equivale a más de 2500 bits clásicos.

Actualmente ya existen computadoras cuánticas en el mercado: la multinacional norteamericana IBM lanzó su primer ordenador cuántico comercial en 2019, que combinaba la computación cuántica con la tradicional. Presentado como el primer ordenador cuántico para operar fuera de laboratorio, cuenta con una estructura sellada de más de 3 metros de longitud y un sistema de 20 qubits.

Beneficios (y desventajas) de la computación cuántica

La principal ventaja de la computación cuántica es su mayor poder de cálculo. En comparación con los bits clásicos, los cúbits amplían la capacidad de cómputo de forma exponencial, lo que garantiza procesos más ágiles: “Los ordenadores cuánticos pueden crear amplios espacios multidimensionales donde representar problemas de gran complejidad, que serían inasumibles incluso para los superordenadores”, manifiesta IBM.

Sin embargo, esta tecnología sigue presentando ciertas desventajas. Los superordenadores cuánticos todavía no aportan la fiabilidad necesaria: el aumento de qubits en estos computadores implica que el sistema sea más propenso a errores. ¿Por qué? Como describe Microsoft, “el entrelazamiento del sistema de cúbits con su entorno, incluida la configuración de las mediciones, podría alterar fácilmente el sistema y producir decoherencia”.

Ese no es el único inconveniente de la computación cuántica: los ordenadores cuánticos requieren de entornos de trabajo excesivamente fríos (-273 ºC). Hoy en día, estas computadoras requieren que los materiales hiperconductores se encuentren a esta temperatura para garantizar un buen funcionamiento. No obstante, ya hay proyectos en marcha para tratar de limitar esta desventaja.

Aplicaciones de un ordenador cuántico

La computación cuántica podría incrementar la velocidad de respuesta de tecnologías que cada vez están más presentes en nuestro día a día: internet de las cosas industrial, big data o blockchain. Como expone Petter Wittek en su libro What quantum computer means to data mining, “mediante la manipulación de partículas a nivel subatómico se aceleran procesos de machine learning, que permiten multiplicar la velocidad de búsqueda de las computadoras en sus bases de datos”.

Hacia ese mismo camino apunta el estudio Quantum supremacy using a programmable superconducting processor, publicado en la revista Nature: “Con los ordenadores cuánticos ciertas tareas de cálculo podrían ejecutarse exponencialmente más rápido en un procesador cuántico que en un procesador clásico”.

Ese incremento de la agilidad de las computadoras podría beneficiar a un amplio abanico de campos, desde la investigación y diagnóstico de enfermedades clínicas, hasta la meteorología, cuyos estudios de previsibilidad elevarían su fiabilidad gracias al análisis simultáneo de múltiples patrones de la computación cuántica: “La mecánica cuántica ha posibilitado grandes avances en algunos campos muy específicos de la medicina y cuenta con el potencial de revolucionar la investigación médica y el cuidado clínico”, subraya Dmitry Solenov, profesor de la Saint Louis University (Estados Unidos), en una investigación publicada en la revista científica Missouri Medicine. “Dado que los ordenadores modernos han saturado en gran medida su potencia de cálculo y ya no crecen exponencialmente como ocurría en el siglo pasado, la computación cuántica, si se hace realidad, es la tecnología más prometedora para lograr grandes progresos en procesos que, en la actualidad, están fuera del alcance de la potencia de cálculo existente”, concluye Solenov.

La computación cuántica incrementaría el rendimiento de equipos que operen mediante machine learning e inteligencia artificial
La computación cuántica incrementaría el rendimiento de equipos que operen mediante inteligencia artificial

La computación cuántica en logística

La computación cuántica podría brindar múltiples posibilidades en el campo de la logística. Los ordenadores cuánticos complementarían a los procesadores actuales, acrecentando la rapidez de dispositivos que operan mediante tecnologías como el machine learning o la inteligencia artificial.

Como señala un informe de la consultora internacional Accenture, “los ordenadores cuánticos pueden facilitar información segura a los algoritmos de machine learning. Cada iteración de nuevos datos puede ayudar a la inteligencia artificial a aprender”.

En el terreno de la logística, la planificación de rutas sería una de las grandes beneficiadas de la implementación de superordenadores cuánticos. La informática cuántica permitiría una mejor aplicación de la simulación de almacenes, al analizar todas las opciones de rutas posibles y escoger aquella más eficiente teniendo en cuenta todas las variables.

La simulación de rutas no es el único escenario donde la implantación de computación cuántica podría beneficiar al rendimiento logístico de una compañía. Agilizando la simulación de escenarios, los ordenadores cuánticos podrían llegar a ser capaces de crear cadenas de suministro más resilientes.

Computación cuántica, una tecnología con un gran potencial disruptivo

Los ordenadores cuánticos aspiran a establecer procesos de computación más veloces, capaces de resolver en minutos lo que no sería resoluble mediante computadores con bits binarios. Esta tecnología podría cambiar el funcionamiento de muchos ámbitos de nuestra vida, incluida la logística. Este es uno de los motivos por los que la Comisión Europea ha lanzado recientemente el proyecto Quantum Technologies Flagship, cuyo objetivo es situar a la Unión Europea a la cabeza de la investigación de la computación cuántica.

Y es que la computación cuántica no pasa por ser simplemente una más de las tecnologías que tener en cuenta en los próximos años. Como concluye la consultora McKinsey en su último estudio A game plan for quantum computing, “los ordenadores cuánticos poseen el potencial de ser una tecnología transformadora y disruptiva, capaz de imponerse con velocidad y producir un impacto inesperado. Para aquellos que no quieran que la computación cuántica les pille desprevenidos, ya pueden empezar a preparar su aterrizaje”.