Qué es la superposición cuántica y cómo ayuda a resolver problemas complejos en finanzas

La computación cuántica está transformando nuestra forma de entender hasta dónde puede llegar un ordenador. Aunque todavía es una disciplina que necesita mucho recorrido, gracias a la aplicación en computación de principios de la física cuántica, la computación cuántica puede ofrecer ventajas computacionales para ciertos problemas y algoritmos concretos. Uno de estos principios es la superposición, que permite representar un qubit (bit cuántico) como una combinación de estados.

La superposición es uno de los principios fundamentales para entender la física cuántica, describe la capacidad de un sistema cuántico (como los electrones o fotones) de existir simultáneamente en varios estados hasta que se produce una medición. En la física clásica, los cuerpos están siempre en un estado definido, sin embargo, la mecánica cuántica introduce la posibilidad de estar en uno u otro estado, o en una combinación lineal de ambos. Al medir el sistema, el resultado es uno de los estados posibles, con probabilidades determinadas por esa combinación.

El ejemplo más claro de esta característica es el que propuso Erwin Schrödinger con su famoso gato. En su metáfora, un felino se encuentra en una caja con un dispositivo que tiene un 50% de probabilidad de activar un veneno. Según la mecánica cuántica, el sistema se describe como una superposición de ambos estados hasta que se observa, por lo que, pasado un tiempo, es imposible saber con certeza si el gato está vivo o muerto a no ser que se abra la caja. Hasta que no haya observación por un tercero, se dice que el gato está vivo y muerto a la vez.

La superposición en computación cuántica

La superposición es una de las características claves que definen el potencial de la computación cuántica. En la computación clásica, la unidad de información básica es el bit, que representa un valor binario de 0 (apagado) o 1 (encendido). Este principio es la clave de la electrónica moderna y lo que ha permitido el desarrollo de la computación como la conocemos.

Sin embargo, la unidad fundamental de información en computación cuántica es el qubit. Gracias al principio de la superposición, un qubit puede estar en una combinación de 0 y 1 al mismo tiempo. Sin embargo, en el momento de medirlo, solo se obtendrá un 0 o un 1, dependiendo de ciertas probabilidades. Este principio cambia la concepción de la computación por completo e introduce unas posibilidades enormes al poder trabajar la información de manera simultánea.

Esta superposición se multiplica de manera exponencial según se van añadiendo más qubits al sistema. En términos sencillos, con un número 'n' de qubits se pueden representar 2ⁿ posibles estados. Por ejemplo, si hay dos qubits hay cuatro posibles estados; si hay tres, ocho; y así sucesivamente. Esto significa que el sistema puede trabajar con muchas más combinaciones posibles a la vez, lo que aumenta enormemente su capacidad para explorar distintas soluciones.

La posibilidad de combinar los distintos qubits permite ampliar las capacidades del sistema y procesar una gran cantidad de combinaciones al mismo tiempo mediante algoritmos que amplifican soluciones correctas. Gracias a esta cualidad, la superposición en computación cuántica permite explorar muchas soluciones simultáneamente, lo que, en algunos problemas y algoritmos, puede ofrecer ventajas de complejidad y resolución frente a métodos clásicos. A este fenómeno de procesamiento de diferentes estados de manera simultánea se le conoce como paralelismo cuántico. Es una tecnología todavía en desarrollo y que necesita superar inconvenientes físicos como la decoherencia, pero que presenta un gran potencial para muchos sectores, entre ellos el financiero.

Superposición en el sector financiero

Esta capacidad ofrece una ventaja significativa frente a los ordenadores convencionales. Así lo explica Senaida Hernández, científica cuántica de BBVA: "El paralelismo cuántico puede permitirnos analizar simultáneamente múltiples soluciones sin tener que revisarlas individualmente". Actualmente, todavía son procesos que se encuentran en fase de desarrollo, pero que podrán aportar grandes beneficios cuando estén plenamente operativos e integrados en los sistemas.

Actualmente, el enfoque de BBVA es de colaboración con empresas que utilizan algoritmos cuánticos para explorar nuevas soluciones o hacer más eficientes los procesos. Uno de estos proyectos es el que desarrolla junto a la startup vasca Global Data Quantum para optimizar carteras de inversión, gracias al uso de algoritmos cuánticos. El potencial de la computación cuántica, y de fenómenos como la superposición de los que hace uso, en la gestión de carteras es significativo: permite pasar de estudiar casos de forma secuencial a hacerlo de forma paralela, añadiendo profundidad de análisis y reduciendo los tiempos de cálculo. Sin embargo, estos enfoques todavía se están explorando y, por el momento, no puede afirmarse de forma general que ya ofrezcan una ventaja práctica frente a los mejores métodos clásicos.

Este análisis simultáneo de combinaciones es muy útil también para los tests de estrés de la banca o para simulaciones de escenarios. Al permitir estos análisis a gran escala, estos enfoques podrían reducir los tiempos en determinados escenarios, a medida que los algoritmos y el hardware cuántico continúen evolucionando. Además, introduce otra mejora, según explica Ventura Sarasa, científico cuántico en BBVA: "En lugar de estudiar los casos de forma secuencial como se realiza en computación clásica, podemos estudiarlos de forma paralela, es decir, podemos estudiar muchas posibilidades a la vez".

Sin embargo, no todo son ventajas. La superposición también introduce un elemento de riesgo para la ciberseguridad. "Hoy en día, los sistemas criptográficos de clave pública más ampliamente utilizados siguen siendo seguros en la práctica, ya que no existen ordenadores cuánticos capaces de romperlos a gran escala", explica el también científico cuántico de BBVA Pablo Serrano, que añade: "Sin embargo, existe un riesgo a futuro: determinados algoritmos cuánticos podrían romper los problemas matemáticos en los que se basan estos criptosistemas, si se ejecutaran en ordenadores cuánticos tolerantes a fallos y a gran escala". Por este motivo, ya se está avanzando en criptografía postcuántica, diseñada para ser segura frente a los ordenadores cuánticos y clásicos.

Aunque la superposición sea un elemento de eficiencia y mejore algunos procesos, no hay que dejar llevarse por la euforia y pensar que el enfoque cuántico es mejor que el clásico. Para Serrano, "la cuántica debe entenderse dentro de un ecosistema tecnológico más amplio, pero no viene a sustituirlo todo". Lo ilustra con un ejemplo: para realizar una videollamada nunca será necesario un ordenador cuántico, porque es algo que ya funciona perfectamente con computación clásica.

Por este motivo, es fundamental seguir avanzando en el conocimiento de la computación cuántica y de sus aplicaciones para conocer hasta dónde se puede llegar.