Las computadoras cuánticas se aplican para revelar pares ocultos en materiales, simular iones, analizar estructuras virales, asistir en estudios de proteínas y medir estados cuánticos más rápido.Las computadoras cuánticas están encontrando aplicaciones reales en campos tan diversos como la ciencia de materiales, la biología y la medicina. En la ciencia de materiales, las computadoras cuánticas pueden revelar correlaciones ocultas en los materiales que son invisibles para las simulaciones clásicas, como el emparejamiento de electrones en superconductores. En biología, ayudan a descifrar la estructura de los virus, asisten en estudios de plegamiento de proteínas e incluso analizan patrones térmicos en la detección del cáncer de mama. Las computadoras cuánticas también destacan en la medición de estados cuánticos de manera más eficiente, utilizando técnicas como la tomografía de sombras para extraer información de un sistema cuántico con muchas menos mediciones que los métodos clásicos. Estas aplicaciones aún están en sus primeras etapas, pero demuestran el potencial de la computación cuántica para resolver problemas que son intratables para las máquinas clásicas.
La idea de usar computadoras cuánticas para aplicaciones prácticas se remonta a la propuesta de Feynman en 1982 de simular sistemas cuánticos con hardware cuántico. Sin embargo, las primeras demostraciones experimentales de estas aplicaciones solo ocurrieron a finales de la década de 2010 y principios de la de 2020, cuando el hardware se volvió lo suficientemente capaz como para ejecutar instancias pequeñas pero significativas.
El mecanismo subyacente varía según la aplicación. Para materiales, las computadoras cuánticas simulan el comportamiento mecánico-cuántico de los electrones, lo cual es exponencialmente difícil para las computadoras clásicas. Para estructuras virales, los algoritmos cuánticos pueden resolver los problemas de optimización involucrados en la reconstrucción de estructuras tridimensionales a partir de datos de crio-microscopía electrónica. Para estudios de proteínas, las computadoras cuánticas pueden modelar los efectos cuánticos en los sitios activos de las enzimas, que los campos de fuerza clásicos pasan por alto. En la medición, la tomografía de sombras utiliza mediciones aleatorias para reconstruir un estado cuántico con un número reducido de muestras, y las computadoras cuánticas pueden implementar este protocolo de manera nativa.
Las computadoras cuánticas se utilizan actualmente en laboratorios de investigación para simular propiedades moleculares en el descubrimiento de fármacos, analizar materiales para mejores baterías y desarrollar técnicas de imagen médica más sensibles. Empresas como IBM, Google y startups están colaborando con compañías farmacéuticas y de materiales para explorar estas aplicaciones.
Las computadoras cuánticas pueden detectar las 'sombras cuánticas' de los estados, una técnica que permite medir las propiedades de un sistema cuántico usando exponencialmente menos muestras que la tomografía clásica, lo que hace posible verificar cálculos cuánticos en la práctica.
