La computadora cuántica y sus posibles usos biotecnológicos: Un cambio de dirección a 360°

La tecnología cada vez nos impresiona más, y aplicarla a la ciencia permite mejor desarrollo y resultados. Pero para poder seguirle el ritmo y aprovechar todas sus posibilidades debemos imaginarnos un mundo y las utilidades de tecnologías que aún no existen en el mercado. Si bien hoy, 2023, el “boom” del momento y la guerra tecnológica viene definida por las IA y chat GPT, el día de mañana todo lo que conoces va a ser diferente. Y es que el mundo va a dar un cambio de dirección a 360°. ¿Podrías imaginarte que el sistema de internet se caiga? ¿Qué todas nuestras cuentas puedan volverse en sólo un instante fácilmente hackeables y descifrables? Bueno, todo eso podría pasar con la creación de una computadora cuántica. Seguí leyendo para averiguar de qué se trata y de qué manera podría ayudarnos en el campo de la salud.

La computadora cuántica

Este tipo de súper-dispositivo de computación utiliza principios de la mecánica cuántica (la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas) en lugar de la física clásica para realizar operaciones y resolver problemas que a su vez pueden ocurrir en simultáneo. Se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico.

¿Qué es un qubit?

Mientras que las computadoras clásicas utilizan bits clásicos para almacenar y procesar información en forma de 0 y 1 con una probabilidad del 50% de que sea cualquiera de ellos, las computadoras cuánticas utilizan qubits (bits cuánticos) y manejan no solo el 0 y el 1 sino también todo lo que hay entre esos dos valores disminuyendo las probabilidades de que te toque uno de los dos valores. Una propiedad fundamental de los qubits es su capacidad de estar en superposición, lo que significa que pueden existir en múltiples estados a la vez. Esta es la razón por la cual pueden realizar cálculos paralelos masivos y ciertos tipos de operaciones de manera mucho más eficiente que las clásicas.

Además, el hecho de que las computadoras cuánticas manejen una forma más avanzada de bits, permite que puedan hackear cualquier algoritmo desarrollado con las computadoras convencionales. Esto se resume en básicamente poder adivinar cualquier contraseña y código ya sea de una cuenta personal como una cuenta de banco, o incluso en lo estatal descifrando mensajes privados con el beneficio de que un algoritmo de una computadora cuántica sería imposible de descifrar, ni por otra cuántica. Esto podría colapsar internet, las aplicaciones, la información y todo como lo conocemos, por lo cual el desarrollo de esta tecnología es de sumo interés político. El país que logre llegar a esta meta podría tratarse de la próxima potencia mundial.

Computadora clásica vs cuántica

A continuación, aprenderás cuales son las diferencias entre una computadora clásica y una cuántica, aunque algunas ya las conoces:

• Unidades de información: La informática cuántica utiliza como unidad básica de información el qubit que admite la superposición coherente de 1 y 0,en lugar del bit convencional que admite únicamente 0 o 1. Esta particularidad de la tecnología cuántica hace que un qubit pueda ser cero y uno a la vez, y además en distinta proporción. La multiplicidad de estados posibilita que un ordenador cuántico de apenas 30 qubits, por ejemplo, pueda realizar 10 billones de operaciones en coma flotante por segundo, es decir, unos 5,8 billones más que la videoconsola PlayStation más potente del mercado.
• Estados y cálculos: Mientras que una computadora clásica realiza cálculos secuenciales en estados bien definidos, una computadora cuántica puede realizar cálculos en múltiples estados cuánticos simultáneamente debido a la superposición y la entrelazación cuántica. Esto permite a una computadora cuántica realizar cálculos paralelos masivos y explorar diferentes soluciones en paralelo, lo que puede ofrecer ventajas significativas en ciertas aplicaciones.
• Principio de incertidumbre: La física cuántica está sujeta al principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que no se puede conocer simultáneamente con precisión absoluta la posición y el momento de una partícula. Esto implica que, en una computadora cuántica, la información contenida en los qubits está sujeta a cierto grado de incertidumbre y error debido a efectos cuánticos inherentes.
• Tecnología e implementación: Las computadoras clásicas están basadas en circuitos eléctricos y transistores, mientras que las computadoras cuánticas requieren tecnologías basadas en principios cuánticos, como trampas de iones, cúbits superconductores, qubits de topología y fotones entrelazados.
• Desarrollo: La computadora cuántica todavía se encuentra en una etapa temprana de desarrollo y enfrenta varios desafíos técnicos, como la corrección de errores cuánticos, la estabilidad de los qubits y la escalabilidad. A medida que la investigación y el desarrollo en el campo de la computación cuántica continúan avanzando, es posible que veamos aplicaciones más amplias y prácticas de esta tecnología en el futuro.

La computadora cuántica y sus posibles beneficios en biotecnología

Aunque esta tecnología aún esté en sus etapas iniciales del desarrollo, debemos imaginarnos de qué forma se revolucionaría la biotecnología para adelantarnos y exprimir las capacidades que nos posibilita. Algunas de ellas son:

• Optimización de la elección del tratamiento para enfermedades: Las computadoras cuánticas podrían tomar los datos de los medicamentos, compuestos y moléculas disponibles en el mercado y en la naturaleza y analizar cuál sería la ideal para enfermedades huérfanas o para tratamientos personalizados a enfermedades. Esto aceleraría parte de la regulación y se ahorraría mucho dinero en ensayos clínicos y pre-clínicos tanto a nivel estatal como privado.
• Simulación de sistemas biológicos: Los sistemas biológicos son extremadamente complejos y difíciles de modelar con precisión. Las computadoras cuánticas podrían permitir una simulación más precisa y detallada de sistemas biológicos, como proteínas y reacciones químicas, lo que ayudaría a comprender mejor su funcionamiento y a diseñar fármacos más eficaces.
• Optimización de procesos biológicos: Los algoritmos de optimización cuántica podrían ser utilizados para mejorar y acelerar los procesos de diseño de fármacos, la optimización de rutas metabólicas o la optimización de secuencias de ADN. Estos algoritmos podrían explorar de manera más eficiente un espacio de soluciones muy grande y ayudar a encontrar soluciones óptimas más rápidamente.
• Diseño de materiales bio-miméticos: Las propiedades únicas de los materiales biológicos, como la resistencia y la flexibilidad de las proteínas, podrían ser imitadas y diseñadas en materiales sintéticos. Las computadoras cuánticas podrían ayudar a modelarlos y diseñarlos de manera más eficientes y funcionales, abriendo nuevas posibilidades en áreas como la ingeniería de tejidos, la nanomedicina y la fabricación de dispositivos biomédicos.
• Criptografía y seguridad biomédica: La criptografía basada en principios cuánticos, como el intercambio de claves cuánticas, podría mejorar la seguridad en la transmisión de datos biomédicos sensibles. Además, los algoritmos criptográficos cuánticos podrían ayudar a proteger la privacidad y confidencialidad de los datos genómicos y de otros datos biomédicos.
• Análisis de datos genómicos y de proteínas: La cantidad de datos generados por la secuenciación del ADN y otras técnicas de biología molecular es enorme y requiere métodos eficientes de análisis. Las computadoras cuánticas podrían ayudar a acelerar el procesamiento y el análisis de grandes conjuntos de datos genómicos y proteómicos, lo que permitiría una comprensión más profunda de la genética y la biología.

¿Se te ocurre alguna más?