Computación cuántica, ¿ficción o realidad?

Debido a los últimos avances tecnológicos se comienza a vislumbrar la realización de lo que hasta ahora era considerado una quimera en computación; la física cuántica aplicada a la era de la información genera conceptos que parecen lejanos en el tiempo, pero quizá no lo sean tanto. Para comenzar, debemos entender qué es la computación cuántica y por qué suena un poco a ciencia ficción o a serie de TV con Sheldon Cooper a la cabeza. A día de hoy es difícil decir cuándo estará disponible esta tecnología, pero parece que está más cerca de lo que imaginábamos hace unos años.

Por Rodrigo de la Moneda González, Marketing y Comunicación Telefónica Servicios Audiovisuales, y Asier Anitua Valluerca, Gerente Desarrollo de Negocio Telefónica Servicios Audiovisuales

 

Todo empieza con los Qubits, la versión cuántica de los bits: la computación cuántica permite realizar cálculos paralelos masivos y resolver problemas que se encuentran fuera del alcance de los sistemas actuales. Esta tecnología tiene el potencial de transformar el sector broadcast, abordando desafíos como la optimización de los algoritmos de compresión de vídeo, la mejora en la eficiencia de transmisión y difusión de contenidos o, lo que verdaderamente puede suponer un cambio de paradigma, la integración de herramientas de IA capaces de, por ejemplo, crear contenidos ultrapersonalizados de forma casi autónoma.

 

Pero, ¿Qué es un ordenador cuántico?

Un ordenador cuántico es una máquina que utiliza los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos. A diferencia de los ordenadores clásicos, que utilizan bits para procesar y almacenar información en forma de ceros y unos, los ordenadores cuánticos utilizan qubits (bits cuánticos). Estos qubits son capaces de aprovechar las propiedades cuánticas para realizar tareas que llevaría demasiado tiempo ejecutar en un ordenador clásico. Entre estas características destacan la superposición y el entrelazamiento cuántico.

Si comenzamos con la superposición, debemos aclarar que esta supone que una partícula, o qubit en este caso, puede estar en diferentes estados al mismo tiempo. Sólo cuando se observa y mide su situación se “obliga” a que el sistema colapse , devolviendo una única respuesta. Como ejemplo de este comportamiento, tomemos como referencia el lanzamiento de una moneda. Mientras está girando en el aire, esta se encuentra en un estado de superposición en el que hay un 50% de posibilidades de que salga cara o cruz, pero sin decantarse por una u otra opción. Sólo cuando la moneda cae y se decide por un estado u otro podemos observar qué valor ha tomado, ya que se le ha obligado a colapsar en una de las dos opciones.

Retomando los qubits, imagina tener que resolver un problema complejo con multitud de soluciones. En un ordenador clásico se necesitaría probar cada posibilidad en serie, de una en una, lo que no sería deseable en términos de tiempo. Gracias a la superposición, los qubits pueden adoptar diferentes valores de forma simultánea (unos y ceros), lo que les permite representar todas las posibles soluciones de un problema a la vez. Esta cualidad se traduce en una capacidad de procesamiento masiva, ya que el sistema puede explorar todas las soluciones al mismo tiempo.

Por otra parte, continuando con la segunda cualidad cuántica, los qubits se pueden entrelazar entre sí, lo que significa que el estado de un qubit está intrínsecamente ligado al estado de otro, aun estando separados por grandes distancias. Toda variación en el estado de un miembro del par cuántico se reflejará en el otro, lo que supone una potencial aplicación en la transmisión de información y resolución de problemas.

Por ejemplo, en ciertas operaciones cuánticas se utilizan qubits entrelazados para distribuir información entre diferentes partes de un sistema en paralelo, lo que puede acelerar significativamente el proceso de cálculo, ya que la información viaja de forma instantánea sin tener que atravesar un circuito.

Además, el entrelazamiento cuántico puede aprovecharse en otros campos como la seguridad en las comunicaciones, para generar claves criptográficas que sean imposibles de interceptar o modificar sin que pasen desapercibidas. Esto se debe a que el entrelazamiento hace que cualquier intento de medir o espiar la información afecte el estado de los qubits, y en consecuencia al de sus parejas, lo que alertaría al receptor de que alguien ha intentado intervenir la transmisión.

Es importante tener en cuenta que no todos los problemas se benefician de la computación cuántica. Los ordenadores cuánticos son especialmente eficientes en ciertos tipos de operaciones, como la factorización de números grandes, donde los cálculos clásicos serían extremadamente lentos. Por otra parte, los ordenadores tradicionales son óptimos en la realización de tareas cotidianas y cálculo sencillos que no requieren tanta potencia, como la navegación web.

Continuando con el funcionamiento de la computación, y tras haber entendido sus fundamentos, es necesario establecer que los qubits no son los únicos componentes dentro de estos sistemas. Al igual que en la computación clásica, los ordenadores cuánticos operan mediante el uso de puertas cuánticas, concepto equivalenteequivalente al de las puertas lógicas. A diferencia de estas últimas, que operan en base a lo que se conoce como lógica booleana, su contraparte más avanzada aprovecha los principios de superposición y entrelazamiento para controlar los estados cuánticos de los qubits (como en el ejemplo de la moneda lanzada al aire) y realizar cálculos en paralelo. Mediante la combinación de estas puertas se pueden crear circuitos capaces de realizar diferentes operaciones, por lo que su correcto diseño es fundamental para construir algoritmos eficientes.

Para minimizar el riesgo de arrastrar fallos en los cálculos, los ordenadores cuánticos cuentan con potentes sistemas de refrigeración, ya que los qubits necesitan operar bajo temperaturas mínimas cercanas al cero absoluto. Por otra parte, los mecanismos de lectura del estado de los qubits son fundamentales, puesto que son los encargados de traducir la información cuántica resultante de los cálculos a datos legibles. Finalmente, todo este mecanismo está orquestado por una unidad de control, responsable de la coordinación de los cálculos y demás componentes a través de la ejecución de un software especialmente diseñado para estos entornos.

 

 

¿Cómo puede afectar al universo broadcast esta nueva tecnología?

En la era de la transformación digital el sector audiovisual se enfrenta a desafíos cada vez más complejos. La producción, distribución y transmisión de contenidos están comenzando a exigir una capacidad de procesamiento que requiere de nuevas soluciones tecnológicas para que todo el proceso sea eficiente.

Con el auge de las nuevas plataformas y la carrera por crear contenidos de calidad que atrapen a los espectadores, los consumidores del sector están desarrollando unos estándares cada vez más exigentes. Los usuarios esperan encontrarse con experiencias inmersivas, Apple Glasses, metaversos, contenidos personalizados y una calidad excepcional de vídeo, audio y sensorización. Todo esto con la idea de poder acceder a los contenidos cuándo, cómo y dónde se desee.

Nos encontramos ante un sector que precisa soluciones para cumplir y superar, por una parte, las expectativas de sus consumidores y, por la otra, los retos técnicos que afronta. Teniendo esto en cuenta, resulta evidente afirmar que es fundamental adoptar y desarrollar nuevas tecnologías que aporten soluciones eficaces a estos retos.

Desde el Big Data al metaverso, estos avances facilitarán el diseño de herramientas que, además de plantear soluciones a problemas ya existentes, ponen en escena nuevos retos y dibujan un prometedor horizonte de posibilidades. De entre todas estas tecnologías destacan especialmente los avances en computación cuántica ya que, de una forma u otra, acabarán impactando en todo el panorama tecnológico y revolucionando no solo el sector de las telecomunicaciones, sino nuestra manera de crear, consumir y relacionarnos con los contenidos.

 

¿Qué casos de uso tienen sentido con esta tecnología?

Lógicamente esta tecnología comenzará siendo usada por unos pocos países privilegiados y con un foco mayor en defensa, seguridad y ciberseguridad, tanto en comunicaciones como en sistemas. Sin embargo, tan pronto avance será más accesible para otros sectores, entendemos que siempre en un modo PaaS (Platform as a Service) ya que poseer esta tecnología en el medio plazo no sería posible por la propia seguridad de los sistemas no cuánticos.

Imaginando un posible caso de uso, podríamos mencionar los sistemas de inteligencia artificial para producción audiovisual automática en los que la creación de contenidos ultra personalizados sea una forma más de generar contenido casi de forma instantánea. Por ejemplo, facilitar una serie de instrucciones a la IA para crear unos dibujos animados con una historia personalizada al máximo, eligiendo personajes, moraleja, objetivo, enfoque y sesgo que se desee. Las grandes productoras podrán jugar con los derechos de reproducción de sus personajes para que los consumidores puedan crear ad hoc historias con sus personajes favoritos, entrelazándolos a ellos y sus circunstancias, como si de diferentes multiversos se tratara.

En casos de uso más complejos de explicar, pero igualmente útiles a largo plazo, se podrían dar nuevos protocolos de transmisión y comunicación basados en el entrelazamiento cuántico: imitando el uso que le dan a esto los ordenadores cuánticos, se podrían diseñar protocolos que permitan la transmisión prácticamente instantánea de información audiovisual de un dispositivo a otro.

Otros casos de uso que podríamos encontrar, entre otros muchos, serían:

– Técnicas de encriptado de información más eficaces y de difícil intervención, puesto que se podría notificar casi al momento cualquier intento de modificación que hayan sufrido los qubits y se dispone de mayor capacidad de cálculo (supone más complejidad). En este punto, empresas españolas como Arquimea están ya ofreciendo la encriptación del futuro a prueba de cuántica; así, permiten afrontar la seguridad del futuro bajo las amenazas de la computación cuántica.

– Aplicar la IA para el escaneado y modelado de escenas y objetos en 3D, sobre el cual la computación cuántica podría acelerar los tiempos de procesado; en este punto, Volinga es una de las soluciones que junto a Arquimea están valorando su implantación.

– Impacto en Blockchain: mejora de los algoritmos, mayor velocidad en las transacciones (podría aumentar el número de transacciones por segundo, pero este factor depende de diferentes puntos como el propio diseño de Blockchain, que implica la validación continua de las transacciones y nuevos bloques que se añaden a la cadena), criptografía cuántica, escalabilidad de las redes Blockchain.

– Reconocimiento y análisis de contenidos: identificación de patrones y preferencias, segmentación del público, clasificación de contenidos según tipos de audiencia, personalización de las plataformas y contenidos.

– Realidad virtual y aumentada: simulación de entornos virtuales más complejos, interactivos y realistas (objetos virtuales, escenarios para presentaciones, películas, series, etc.).