En mi post anterior te introduje al tema de los algoritmos que podrían resistir ataques de computadoras cuánticas, pues bien, hoy veremos qué son exactamente los algoritmos cuánticos, cómo funcionan y por qué representan una amenaza.

¿Qué son los algoritmos cuánticos?

Los algoritmos cuánticos son procedimientos diseñados para ejecutarse en un modelo realista de computación cuántica, las cuales utilizan qubits (bits cuánticos) en lugar de los clásicos bits que todos conocemos. Gracias a la superposición y el entrelazamiento cuántico, estos algoritmos pueden resolver problemas complejos en tiempos muy cortos, ya que, a diferencia de los algoritmos tradicionales que siguen caminos ya determinados y secuenciales, los cuánticos exploran múltiples soluciones de forma simultánea.

¿Cuáles son los algoritmos cuánticos que existen actualmente?

A continuación te enumero los principales:

1. Algoritmo de Shor. Este algoritmo fue desarrollado por Peter Shor en 1994 y su función es resolver problemas de factorización de números primos grandes en tiempo polinomial, una tarea que tomaría siglos a una computadora clásica.
   
   Este algoritmo en particular supone un riesgo para sistemas de cifrado como RSA y ECC, los cuales hoy en día son usados en las comunicaciones seguras. Actualmente no supone un riesgo ya que necesita de miles o millones de qbits para ejecutarse y la computación cuántica actual aún no tiene esa capacidad, basta citar el ejemplo de la supercomputadora cuántica china Zuchongzhi 3.0 de 105 qubits.
   
2. Algoritmo de Grover. Este me encanta, porque puede realizar búsquedas en bases de datos no estructuradas en un tiempo exageradamente más rápido que los algoritmos clásicos (de N pasos a √N) y su aplicación potencial es el cracking de contraseñas y minería de datos.
   
3. Quantum Fourier Transform (QFT): Este es otro de mis favoritos ya que es la analogía cuántica de la transformada de Fourier discreta, en otras palabras, es la transformada de Fourier discreta clásica aplicada al vector de amplitudes de un estado cuántico.
   
   Este algoritmo es un componente esencial del algoritmo de Shor y otros algoritmos cuánticos.
   
4. Algoritmos híbridos (NISQ): VQE y QAOA: Llamados híbridos porque combinan procesamiento cuántico con algoritmos clásicos para aprovechar lo mejor de ambos mundos.
   
   Estos algoritmos han sido diseñados para ejecutarse en computadoras cuánticas actuales (NISQ: Noisy Intermediate-Scale Quantum). Se utilizan en la simulación de sistemas moleculares y optimización combinatoria.

¿Qué tan avanzados están y por qué importan?

Aunque la computación cuántica actual no tiene la capacidad para llegar a niveles que rompan la criptografía actual, debemos considerar que el progreso es constante. Basta mencionar a empresas como IBM, Google, Intel, D-Wave y Rigetti están compitiendo por liderar esta carrera.

El avance de estos algoritmos es tan importante en:

• Ciberseguridad la cual debe migrar hacia algoritmos de criptografía post-cuántica (ver mi post anterior).
• Farmacología que necesita de simulación precisa de moléculas para acelerar descubrimientos.
• Inteligencia artificial para mejoras en el entrenamiento de modelos mediante aceleración cuántica.

¿Qué empresas están involucradas actualmente en la Computación Cuántica?

La realidad es que existe una dura competencia en este campo, no solo en EE.UU, sino también en la Unión Europea y China:

Estados Unidos

• IBM: Con su plataforma IBM Quantum, es una de las líderes en hardware y software cuántico. Sus procesadores Eagle (127 qubits), Osprey (433 qubits) y el futuro Condor (1,121 qubits) demuestran una hoja de ruta clara.
• Google: Con su chip Sycamore, logró la llamada supremacía cuántica en el año 2019.
• Microsoft: Apuesta por el modelo de computación cuántica topológica (se considera el más estable) y ofrece servicios en la nube con Azure Quantum.

Unión Europea

• Francia, Alemania, Países Bajos: Han establecido iniciativas nacionales para investigación cuántica con apoyo público-privado.
• Pasqal (Francia) y IQM (Finlandia): startups emergentes que han desarrollado computadoras cuánticas analógicas y digitales.

China

• Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y Zuchongzhi 3.0: China anunció en 2023 su supercomputadora cuántica Zuchongzhi 3.0, con 105 qubits superconductores, capaz de realizar tareas que están más allá de las capacidades clásicas.
• También ha desarrollado otro sistema fotónico llamado Jiuzhang, que utiliza fotones en lugar de qubits superconductores, alcanzando resultados sin precedentes en simulación bosónica.
• China no solo compite a nivel tecnológico, sino también en términos de inversión estatal, con una de las mayores estrategias nacionales de computación cuántica del mundo, incluyendo infraestructura, educación y defensa.

La inclusión de China en la carrera cuántica agrega una dimensión geopolítica y estratégica muy fuerte. Las capacidades cuánticas pueden impactar desde la ciberseguridad nacional hasta la soberanía tecnológica, y países como China y EE.UU. están apostando fuerte por dominar esa revolución.

Conclusión

Los algoritmos cuánticos ya son una realidad, aunque su implementación práctica aún está limitada por el hardware actual. Aún así, su avance obliga a replantear la seguridad digital, la criptografía y las capacidades de la computación moderna. Es una carrera en la que quien se quede atrás, quedará expuesto. ¿Y tú qué opinas sobre este tema? Me gustaría leer tus comentarios.

Fuentes confiables utilizadas

• IBM Newsroom: https://latam.newsroom.ibm.com
• IEBS School: https://www.iebschool.com/hub
• Cadena SER: https://cadenaser.com
• Google AI Blog: https://ai.googleblog.com