Es Co-founder de Quanvia. Candidato a Ph.D. en Física con especialización en Computación Cuántica en la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) desde 2021, y posee grados en Ingeniería Informática y Ciencias de la Computación de la Universidad Pontificia Comillas ICAI-ICADE (1997-2004).
José Rigol: desde abril de 2017, es Gerente Técnico en Globant y ha co-fundado la startup Quanvia dedicada a aplicar la computación cuántica.
En nombre de Kopuru, queremos expresar nuestro más profundo agradecimiento a José Rigol. Su dedicación y esfuerzo no pasan desapercibidos y estamos ansiosos por ver qué logros futuros alcanzará. ¡Gracias, José, por todo lo que haces!
Introducción a la Cuántica
La computación cuántica representa una manera radicalmente diferente de realizar computación en comparación con la computación clásica, aprovechando los fenómenos de la física cuántica para realizar cálculos y resolver problemas de manera más eficiente. En lugar de utilizar bits clásicos, que pueden estar en un estado de 0 o 1 en un momento dado, la computación cuántica utiliza qubits, unidades de información cuántica que pueden estar en una superposición de estados, representando 0, 1 o una combinación de ambos al mismo tiempo.
Principios como el de superposición y entrelazamiento permiten realizar cálculos de una manera paralela, puede realizar cálculos usando todas las opciones en las que se pueden encontrar los qubits al mismo tiempo, lo cual permite resolver determinados problemas que de otra forma no serían abordables. Este tipo de programación se orienta a resolver estos problemas, en los que la complejidad puede aumentar de manera exponencial.
La computación cuántica promete revolucionar numerosos campos, desde la criptografía hasta la simulación de sistemas moleculares complejos y la optimización de problemas de gran escala. Sin embargo, también presenta desafíos significativos, como la decoherencia, que hace que los qubits pierdan su estado cuántico debido a interacciones con el entorno, y la necesidad de desarrollar técnicas robustas de corrección de errores para construir computadoras cuánticas prácticas y escalables.
¿Quienes somos? (Clica para descubir su historia)
En Quanvia somos una startup spin-off de la universidad del País Vasco pionera en el campo emergente de la sensórica cuántica aplicada a sistemas de geolocalización, centrándose especialmente en la integración de giroscopios y sensores cuánticos para proporcionar soluciones de alta precisión y eficiencia en la determinación de la ubicación geoespacial.
Los tres promotores de la empresa Quanvia tenemos la sana ambición de convertirnos en referente mundial en el desarrollo empresarial y creativo de la sensórica cuántica y geolocalización sin satélites. Nos gusta mantenernos fuera de la zona de confort buscando romper estereotipos e ideas preconcebidas. “La sociedad actual establece paradigmas y crea modelos de cartón piedra, pero solo aquellas compañías que busquen la autenticidad, que inspiren e impregnen innovación real lograrán sobrevivir. Quanvia cree en los equipos interdisciplinarios e innovadores”
El bagaje profesional y académico de Quanvia no pasa desapercibido. Enrique Solano es profesor Ikerbasque de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y Chief Visionary Officer de Kipu Quantum. Jesús Domínguez cuenta con más de 15 años en servicios financieros en empresas como PwC, Accenture y Globant y es ingeniero informático en la UPV, EMBA en IE y doctorando en Computación Cuántica por la Universidad del País Vasco. Por su parte, José Rigol es ingeniero informático por ICAI, con amplia experiencia en consultoría tecnológica e inteligencia artificial y doctorando en Computación Cuántica por la Universidad del País Vasco.
Pincha la imagen para saber más de ellos.
Principios Cuánticos Fundamentales
La computación cuántica se basa en algunos principios fundamentales de la física cuántica. Aquí están los conceptos más importantes:
Superposición:
La superposición es un principio fundamental de la mecánica cuántica que permite que un sistema cuántico exista en múltiples estados simultáneamente. En el contexto de la computación cuántica, esto significa que un qubit puede representar tanto un 0 como un 1 al mismo tiempo, a diferencia de los bits clásicos que solo pueden ser 0 o 1 en cualquier momento dado. Esta propiedad de superposición es esencial para la capacidad de procesamiento masivamente paralela de los algoritmos cuánticos.
Entrelazamiento Cuántico:
El entrelazamiento cuántico es otro fenómeno peculiar de la física cuántica en el que dos o más qubits se correlacionan de manera que el estado de uno está instantáneamente vinculado al estado de los otros, independientemente de la distancia entre ellos. Esto significa que manipular un qubit puede afectar instantáneamente a otro, incluso si están separados por grandes distancias. El entrelazamiento es esencial para muchas aplicaciones cuánticas.
Interferencia Cuántica:
La interferencia cuántica es un fenómeno en el que los estados cuánticos de diferentes qubits se combinan de manera constructiva o destructiva, similar a cómo las ondas de luz o sonido pueden interferir entre sí. En la computación cuántica, la interferencia cuántica se utiliza para manipular la distribución de probabilidades de los estados cuánticos de los qubits, lo que permite realizar operaciones computacionales de manera más eficiente que en la computación clásica.
Qubits
Los qubits son los bloques fundamentales de la información en la computación cuántica. A diferencia de los bits clásicos, que pueden tener un valor de 0 o 1 en cualquier momento dado, los qubits pueden estar en una superposición de ambos estados simultáneamente, gracias a los principios de la mecánica cuántica. Esto significa que un qubit puede representar una combinación ponderada de 0 y 1 al mismo tiempo, lo que proporciona una potencia computacional masivamente paralela.
Los qubits se representan mediante la esfera de Bloch. Un ejemplo de la misma sería la siguiente: ( Imagen a la izquierda)
Podemos identificar cualquier punto en la esfera con la siguiente fórmula:
Manipulación de Qubits
Al igual que en la computación clásica existen puertas lógicas que determinan la ejecución de los programas, en computación cuántica existen otras puertas lógicas que permiten también manipular los qubits. Esta manipulación de qubits se basa principalmente en:
| Nombre | Descripción |
| Puertas Cuánticas | Son análogas a las compuertas lógicas en la computación clásica y se utilizan para realizar operaciones en los qubits |
| Mediciones Cuánticas | Permiten extraer información sobre el estado cuántico de un qubit. Una vez se realiza esta medición, el Qubit pasa a ser un bit clásico con un valor determinado o 0 o 1. |
| Entrelazamiento | Se puede crear entre qubits para realizar operaciones cuánticas más complejas. |
Los qubits son los componentes fundamentales de la computación cuántica y representan una nueva forma de almacenar y procesar información utilizando los principios de la mecánica cuántica. La implementación práctica de los qubits enfrenta numerosos desafíos técnicos que deben superarse para realizar el potencial completo de la computación cuántica.
Los qubits y los bits son las unidades fundamentales de información en la computación cuántica y clásica, respectivamente. La capacidad de superposición permite a los qubits realizar múltiples cálculos en paralelo, lo que potencialmente acelera drásticamente el procesamiento de información en comparación con los bits clásicos, que deben realizar cálculos de forma secuencial.
Otra diferencia fundamental entre qubits y bits radica en su comportamiento frente a la medición. Mientras que un bit clásico siempre tiene un valor definido de 0 o 1 al ser medido, un qubit puede estar en una superposición de estados antes de la medición, lo que significa que su valor sólo se determina al medirlo. Este aspecto es crucial para muchos algoritmos cuánticos, ya que permite la exploración de múltiples soluciones simultáneamente a través de diferentes técnicas.
Tipos de Puertas Lógicas Cuánticas
En la computación cuántica, las puertas lógicas cuánticas son análogas a las compuertas lógicas en la computación clásica y se utilizan para manipular la información almacenada en qubits. Estas puertas lógicas operan sobre los estados cuánticos de los qubits, permitiendo realizar operaciones específicas y transformaciones en la información cuántica.
Una manera de poder visualizarlas consiste en aplicar rotaciones a la esfera de Bloch que hemos visto antes. Por ejemplo una puerta Hadamard equivale a una rotación de 90º sobre el eje Y, seguida de una rotación de 180º sobre el eje X
Puertas Unitarias
- Son transformaciones lineales en el espacio de Hilbert que preservan la norma de los vectores de estado cuántico. Las puertas unitarias son reversibles y se utilizan para realizar operaciones básicas en los qubits.
Puertas No Unitarias
- Aunque menos comunes, algunas operaciones en la computación cuántica pueden no ser unitarias, como las mediciones cuánticas que colapsan el estado cuántico del sistema.
| Operaciones Básicas | Descripción | Matemáticamente se expresa: | Se representa por el símbolo: |
| Puerta Hadamard (H) | Es una puerta de un solo qubit que coloca un qubit en una superposición de los estados |0⟩ y |1⟩. Equivale a una rotación en dos ejes. |  |  |
| Puerta swap | Representa el intercambio de dos qubits |  |  |
| Puerta Pauli-X (X): | Es una puerta de un solo qubit que realiza una operación de negación lógica (XOR) en el qubit objetivo, cambiando su estado de |0⟩ a |1⟩ y viceversa. | ||
| Puerta Pauli-Y (Y): | Similar a la puerta Pauli-X, pero realiza una rotación de fase en el estado del qubit además de la negación lógica. | ||
| Puerta Pauli-Z (Z): | Realiza una operación de cambio de fase en el estado del qubit objetivo, sin cambiar su amplitud o probabilidad de ocurrencia. |
Puertas Controladas
Operan sobre 2 qubits o más, de los cuales uno o más controlan la operación. Los cambios en un qubit afectan a los otros:
| Nombre | Descripción | |
| Puerta CNOT (Controlled-NOT) | Es una puerta de dos qubits que realiza una operación de negación lógica en el segundo qubit (objetivo) si el primer qubit (control) está en el estado |1⟩. |  |
| Puerta Toffoli | Es una puerta de tres qubits que realiza una operación de negación lógica en el tercer qubit (objetivo) si los dos primeros qubits (controles) están ambos en el estado |1⟩. |  |
Desarrollo de Algoritmos
Las puertas lógicas cuánticas son los bloques de construcción fundamentales para el desarrollo de algoritmos cuánticos. Los algoritmos cuánticos se construyen combinando secuencias de puertas lógicas para lograr ciertos objetivos computacionales, como la factorización de números enteros con el algoritmo de Shor o la búsqueda no estructurada con el algoritmo de Grover.
Por ejemplo, un algoritmo en un ordenador cuántico tiene puede tener el siguiente aspecto:
Algoritmos Cuánticos
| Nombre | Descripción | Medios |
| Algoritmo de Shor | El algoritmo de Shor, propuesto por Peter Shor en 1994, es uno de los algoritmos cuánticos más famosos. Se utiliza para factorizar números enteros en sus factores primos de manera eficiente. Este algoritmo tiene importantes implicaciones para la seguridad de los sistemas criptográficos basados en la factorización de números grandes, como el algoritmo RSA. |  |
| Algoritmo de Grover | El algoritmo de Grover, propuesto por Lov Grover en 1996, se utiliza para realizar búsquedas no estructuradas en bases de datos no ordenadas de manera más eficiente que los algoritmos clásicos. En un problema de búsqueda no estructurada, el algoritmo de Grover puede encontrar la solución correcta en aproximadamente la raíz cuadrada del número de entradas en la base de datos. |  |
| Algoritmo de Deutsch- Jozsa | El algoritmo de Deutsch-Jozsa, desarrollado por David Deutsch y Richard Jozsa en 1992, es uno de los primeros algoritmos cuánticos que demuestran una ventaja cuántica sobre los algoritmos clásicos. Se utiliza para determinar si una función booleana dada es constante (devuelve el mismo valor para todas las entradas) o balanceada (devuelve la mitad de las veces 0 y la mitad de las veces 1) en un solo paso de computación. |  |
Casos de uso de la cuántica
Cuando hablamos de cuántica, no sólo hablamos de los ordenadores cuánticos, también existen otros tipos de tecnologías que también se incluyen dentro de la “cuántica”. A grandes rasgos existen estas cuatro tecnologías
Quantum Computing:
- Es la tecnología más conocida y en la que hemos profundizado un poco en este artículo. Consiste en utilizar los principios de la física cuántica en la elaboración de ordenadores.
Debido a distintas propiedades que tiene la física cuántica como la superposición y el entrelazamiento permite realizar cálculos en paralelo. De esta forma problemas que hasta ahora eran irresolubles por la cantidad de cómputo que requerían, y que la complejidad aumentaba de forma exponencial en el futuro se podrán realizar con una complejidad lineal en un tiempo mucho menor.
Hay que entender los ordenadores cuánticos como una especie de módulos aceleradores a los ordenadores actuales, para resolver determinados problemas, no vienen a reemplazar a los actuales ordenadores clásicos. Una de las áreas dentro de la computación cuántica que puede tener más futuro es la parte de Quantum Machine Learning (QML) en el cual se realizan circuitos de Machine Learning utilizando ordenadores cuánticos.
Comunicaciones:
Consiste en el intercambio de información siguiendo principios cuánticos. Actualmente ya existen dispositivos comerciales para intercambiar información de una manera 100% segura. Estos sistemas intercambian claves de una manera cuántica para luego usar un canal clásico para establecer las comunicaciones con las claves compartidas (QKD: Quantum Key Distribution)
Simulación:
Para estudiar los comportamientos de nuevos medicamentos o materiales, la computación clásica tiene muchas limitaciones. Este tipo de problemas son algunos en los que la complejidad crece de manera exponencial, perfectos para ser analizados con ordenadores cuánticos.
- Investigaciones de nuevos medicamentos
- Investigaciones de nuevos materiales.
Sensórica:
Se basa en la idea de que los sistemas cuánticos pueden tener propiedades que les permiten detectar cambios muy pequeños en su entorno. En la sensórica cuántica, se aprovechan fenómenos cuánticos para construir sensores capaces de detectar campos magnéticos, campos eléctricos, fuerzas gravitacionales, cambios en la luz, entre otros fenómenos, con una precisión y sensibilidad mucho mayores que los sensores clásicos.
Estos dispositivos pueden tener aplicaciones en una amplia gama de campos, incluyendo la medicina (como la detección temprana de enfermedades), la física (como la detección de partículas subatómicas), la industria (por ejemplo, en la fabricación de dispositivos de imágenes médicas más precisos), y la exploración espacial (para la detección de materia oscura o la búsqueda de otros planetas).
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