La computación cuántica es el área de estudio centrada en el desarrollo de tecnología informática basada en los principios de la teoría cuántica, que explica la naturaleza y el comportamiento de la energía y la materia en el nivel cuántico (atómico y subatómico).

El desarrollo de una computadora cuántica, si fuera práctico, marcaría un gran avance en la capacidad de computación mucho mayor que la del supercomputador del ábaco a la de una computadora moderna, con ganancias de rendimiento en el reino de miles de millones y más allá.

El objetivo de la investigación en computación cuántica es descubrir un medio para acelerar la ejecución de largas oleadas de instrucciones. Un medio así explotaría un fenómeno observado de la mecánica cuántica que, cuando lo escribe en un papel, no parece tener sentido.

Quizás incluso más intrigante que el poder de la computación cuántica es la capacidad que ofrece para escribir programas de una forma completamente nueva. Por ejemplo, una computadora cuántica podría incorporar una secuencia de programación que estaría en la línea de «tomar todas las superposiciones de todos los cálculos anteriores», algo que no tiene sentido con una computadora clásica, lo que permitiría formas extremadamente rápidas de resolver ciertos problemas matemáticos , como la factorización de grandes números, un ejemplo de lo que discutimos a continuación.

El desarrollo de la teoría cuántica comenzó en 1900 con una presentación de Max Planck a la Sociedad Física Alemana, en la que introdujo la idea de que la energía existe en unidades individuales (a la que llamó «quanta»), al igual que importa. Otros desarrollos realizados por varios científicos durante los siguientes treinta años llevaron a la comprensión moderna de la teoría cuántica.

Los elementos esenciales de la computación cuántica se originaron con Paul Benioff, que trabajaba en Argonne National Labs, en 1981. Teorizó una computadora clásica que opera con algunos principios de la mecánica cuántica. Pero en general se acepta que David Deutsch de la Universidad de Oxford proporcionó el ímpetu crítico para la investigación en computación cuántica.

En 1984, estuvo en una conferencia de teoría de computación y comenzó a preguntarse acerca de la posibilidad de diseñar una computadora que se basara exclusivamente en reglas cuánticas, y luego publicó su artículo de vanguardia unos meses después. Con esto, la raza comenzó a explotar sus ideas. Sin embargo, antes de profundizar en lo que él comenzó, es beneficioso echar un vistazo a los antecedentes del mundo cuántico.

Ha habido dos éxitos notables hasta el momento con la programación cuántica. El primero ocurrió en 1994 por Peter Shor, (ahora en AT&T Labs) quien desarrolló un algoritmo cuántico que podría factorizar de manera eficiente grandes números. Se centra en un sistema que utiliza la teoría de los números para estimar la periodicidad de una secuencia de números grandes. El otro gran avance ocurrió con Lov Grover de Bell Labs en 1996, con un algoritmo muy rápido que se ha demostrado que es el más rápido posible para buscar en bases de datos no estructuradas. El algoritmo es tan eficiente que requiere solo, en promedio, aproximadamente N raíces cuadradas (donde N es el número total de elementos) búsquedas para encontrar el resultado deseado, en oposición a una búsqueda en computación clásica, que en promedio necesita N / 2 búsquedas.

El 2001 es famoso por ser el año en que se demostró por primera vez el algoritmo de Shor. Un equipo del Centro de Investigación IBM Almaden en California logró factorizar el número entero 15 en 5 y 3. Usaron un dedal de un líquido a medida que contenía miles de millones de moléculas. Las moléculas se construyeron a partir de cinco átomos de flúor y dos átomos de carbono, cada uno con su propio estado de espín nuclear. Las moléculas funcionaron como una computadora cuántica de 7 qubits cuando se pulsaron con ondas electromagnéticas y se monitorizaron mediante RMN.

Los avances recientes han acercado mucho más la posibilidad de una primera computadora cuántica de propósito general. Una innovación que se está explorando es utilizar nano diamantes dopados con vacío de nitrógeno como qubits. La gran ventaja de Diamond es que los qubits fabricados a partir de él son relativamente estables a temperatura ambiente. Deshacerse de la necesidad de elementos superconductores criogénicos voluminosos sería un paso importante para llevar una computadora cuántica al mercado.

Para que los fabricantes de computadoras cuánticas comiencen a beneficiarse de ellos, querrán una base de clientes más estable que los piratas informáticos aspirantes o los países de superpotencias anteriores con problemas de duelo no resueltos. Tendrán que fomentar comunidades de desarrolladores científicos y educativos que deseen aprender las reglas y las prácticas de un universo completamente nuevo, para que puedan aportar soluciones a los problemas anteriormente insondables que enfrenta nuestro propio mundo.