Por qué las mágicas computadoras cuánticas ya están en la nube pero no en nuestras manos


Las computadoras cuánticas son promocionadas desde hace años como máquinas increíblemente poderosas que serán capaces de resolver problemas altamente complejos ferozmente rápido. Pero nadie se pone de acuerdo en cuál es la mejor forma de diseñarlas. ¿Quién ganará esa carrera?
Las computadoras cuánticas de gran velocidad podrían acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos, descifrar los sistemas de seguridad criptográfica más complejos, diseñar nuevos materiales, modelar el cambio climático y sobrecargar la inteligencia artificial, según dicen los informáticos.




Pero, en la actualidad, no hay un consenso sobre la mejor manera de hacerlas realidad o asequibles a un mercado en masa.
Físicos, ingenieros e informáticos alrededor del mundo están intentando desarrollar cuatro tipos de computadoras muy distintos: basados en partículas de luz, trampas iónicas, cúbits superconductores o centros nitrógeno-vacantes en diamantes.
Compañías como IBM, Google, Rigetti, Intel y Microsoft están liderando este campo.

Cada método tiene sus ventajas y sus desventajas, pero el desafío predominante es la frágil naturaleza del quántum en sí mismo.

¿Qué es la computación cuántica?

En vez de usar series de 1 y 0 llamados bits como se hace en la computación tradicional, el bit cuántico o cúbit usa las propiedades casi mágicas de las partículas subatómicas.
Los electrones o los fotones, por ejemplo, pueden presentar dos estados a la vez, un fenómeno llamado superposición. Como resultado, una computadora basada en cúbits puede hacer muchos más cálculos a mayor velocidad que una máquina convencional.

"Si tuvieras una computadora de 2 cúbits y añades 2 cúbits, se convierte en una computadora de 4 cúbits. Pero no estás duplicando el poder de la máquina, estás incrementándolo exponencialmente", explica Martin Giles, el jefe de la oficina de la publicación MIT Technology Review en San Francisco.
Los informáticos describen a veces este efecto de la computación cuántica como algo capaz de recorrer todos los caminos de un laberinto muy complejo al mismo tiempo.
Los cúbits también pueden influir uno sobre el otro incluso cuando no están conectados físicamente, un proceso llamado "entrelazamiento". En términos informáticos, esto les da la habilidad de hacer saltos lógicos que las computadoras convencionales nunca podrían realizar.

En busca de la estabilidad

Pero los cúbits son altamente inestables y propensos a las interferencias o el "ruido" procedente de otras fuentes de energía, lo que puede generar errores en los cálculos. Así que la carrera es por encontrar una forma de estabilizarlos para la producción en masa.
El gigante de la computación IBM cree firmemente que los "cúbits superconductores de tipo transmón" son los más prometedores en el campo de la computación cuántica y tienen tres prototipos de procesadores cuánticos a los que el público puede acceder en la nube.
"Hasta el momento, más de 94.000 personas han accedido a las computadoras cuánticas de IBM en la nube. Han hecho más de cinco millones de experimentos y escrito 110 artículos", dice Robert Sutor, vicepresident de estrategia de computación cuántica y ecosistema de IBM Research.



"La gente está aprendiendo y experimentando... esperamos que dentro de 3 o 5 años seamos capaces de señalar un ejemplo específico y decir que la cuántica mejora significativamente cualquier cosa que las computadoras convencionales puedan hacer".
Pero el método de IBM requiere que la computadora cuántica esté almacenada dentro de un gran refrigerador en el que los cúbits se mantengan a una temperatura cercana a 0° para asegurar que se mantengan en un estado útil.
Esto significa que sería extremadamente difícil miniaturizarla y, por lo tanto, sería muy costosa.
"Parece probable que los cúbits superconductores vayan a estar entre las primeras tecnologías que permitan una computación cuántica útil", dice Joseph Fitzsimons, un investigador del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur.

"Sin embargo, me parece que son análogos a los tubos de vacío de las primeras computadoras más que a los transistores que vinieron después".
"Puede que incluso veamos emerger otra tecnología que se convierta en la gran ganadora".
Microsoft y académicos del Instituto Niels Bohr en Copenhagen están trabajando en lo que ellos creen que será cúbits mucho más estables basados en los llamados fermiones de Majorana.
Mientras tanto, otros equipos están trabajando en atrapar cúbits con silicona, el material tradicional del que se hacen los chips para computación.
E informáticos de la Universidad de Oxford están buscando formas de unir pequeñas computadoras cuánticas en vez de crear grandes computadoras con muchos cúbits.

¿Potencial clásico?

Mientras esperamos a las computadoras cuánticas, ¿cuál es el futuro de la computación convencional o clásica?
En julio, Ewin Tang, un graduado en Ingeniería de Sistemas y Matemáticas en la Universidad de Texas en Austin (UT Austin) de solo 18 años, puso en aprietos al mundo de la computación al desarrollar un algoritmo de computadora clásico que puede resolver un problema casi tan rápido como una computadora cuántica.
El problema implicaba desarrollar un motor de recomendación que sugiere productos a los usuarios en base a información sobre sus preferencias.
La Unión Europea anunció recientemente que está trabajando en la próxima generación de computadoras (a exaescala), que serían capaces de realizar un trillón de cálculos en un segundo.
"Exaescala significa 10 a la 18° potencia operaciones por segundo", explica Scott Aaronson, un profesor y teórico de la computación de la UT Austin.
"10 a la 18° potencia es mucho, pero los sistemas cuánticos, que tendrán una capacidad de 10 a la 1.000° potencia operaciones por segundo es mucho, mucho más grande".
El problema de la computación clásica es que estamos alcanzando los límites de cuántos transistores podemos hacer caber dentro de un chip. El A11 de Apple consigue meterle 4.300 millones, por ejemplo.
La Ley de Moore, que dice que los procesadores duplican su velocidad cada dos años y reducen a la mitad su tamaño, por fin se está rompiendo.


Salto cuántico

Incluso la computadora cuántica estable producida en masa sigue escapándose de nuestras manos, las investigaciones ya están comenzando a dar resultados.
"Si no hubiéramos invertido en computación cuántica, el algoritmo cuántico que inspiró a Tang no hubiera existido", afirma Robert Young, un investigador de la Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural y director del Centro de Tecnología Cuántica de la Universidad de Lancaster.
Asegura que la investigación cuántica ya ha cosechado una nueva forma de enfriar los dispositivos hasta temperaturas muy bajas, también ha conseguido mejoras en los chips a base de luz que hacen más efectiva la banda ancha por fibra óptica y ha logrado inventar tecnologías de lab-on-a-chip para acelerar el diagnóstico de enfermedades.
"El verdadero beneficio de ir a la Luna no fue ir a la Luna, fueron las tecnologías periféricas que se desarrollaron en el camino", afirma Young. Entre ellas, están el GPS y los lapiceros de punta de bola que escriben al revés.


Por qué IBM te dejará jugar con su computadora cuántica y qué puedes hacer con ella

A simple vista, parece una creación de ciencia ficción: cables y tubos de diferentes tamaños que cuelgan de estructuras o directamente del techo, conectados a monitores de diferentes tamaños, algunos de los cuales muestran una serie de códigos inintelegibles para la mayoría de los mortales.
Así se ve el laboratorio cuántico de IBM, compañía que esta semana anunció que permitiría a cualquier persona que así lo desee usar su computadora cuántica, por primera vez.
¿Tienes tiempo queriendo crear nuevas drogas para la industria farmacéutica, abrir nuevas facetas de inteligencia artificial, desarrollar materiales para transformar la industria o buscar entre un volumen enorme de datos?
Probablemente no.
Pero si formas parte de una élite de investigadores, o si eres un aficionado "duro" de la informática, la oferta de acceder a esta tecnología probablemente te resulte atractiva.
A través de un software especializado, podrás correr algoritmos y experimentos en el procesador, así como explorar tutoriales y simulaciones que te permitián conocer lo que es posible con la computación cuántica.

Qué es

"Este momento representa el nacimiento de la computación cuántica en la nube", dijo Arvind Krishna, vicepresidente senior y director del departamento de investigación de IBM.
Este momento representa el nacimiento de la computación cuántica en la nube"
Arvind Krishna, IBM
El objetivo de abrir el acceso es "acelerar la innovación", según señaló la compañía.
La computación cuántica está considerada como una evolución de la tecnología informática, que puede permitir cálculos mucho más rápidos de los que son posibles hoy.
Todavía está en pañales.
El modelo de IBM es un "pequeño paso" hacia un prototipo funcional. La compañía espera crear procesadores 20 veces más grandes durante la próxima década.
Las computadoras tradicionales procesan toda la información usando bits -información guardada en transistores muy pequeños, que pueden estar encendidos o apagados- que se interpretan como valores de "uno" y "cero".





En cambio, la computación cuántica aprovecha un mecanismo llamado superposicionamiento, que permite que los bits cuánticos -o "qubits"- tengan valores de "uno", "cero" o los dos al mismo tiempo. Los investigadores creen que esta diferencia fundamental llevará eventualmente al desarrollo de aparatos muy poderosos cuyas capacidades excederán los límites de las computadoras clásicas.

Cómo funciona

El procesador cuántico de IBM está ubicado en su centro de investigación TJ Watson, en la ciudad de Nueva York.
Los procesadores cuánticos son notablemente sensibles, así que debe mantenerse a temperaturas muy frías en un refrigerador criogénico.
La mera idea de que esté disponible para todos puede hacer que el público en general preste atención a la computación cuántica"
Chris Ford, experto de la Universidad de Cambridge
Sólo tiene cinco qubits que pueden ser manipulados. Según IBM, las computadoras cuánticas "universales -de uso general- eventualmente usarán más de 100.000 qubits.
La solución de IBM a través de la nube permitirá a los usuarios pinchar y arrastrar "puertas lógicas" -un principio fundamental de los procesadores- a los qubits individuales para hacer algoritmos o experimentos. Estos pueden enviarse a un simulador o añadirse a una cola para que el procesador cuántico los trabaje.
Quienes quieran acceder a la computadora deben solicitar que los inviten usando un formulario, que pide información sobre la institución para que la que trabaja la persona, así como su experiencia en informática. Un portavoz de IBM le dijo a la BBC que el sistema de invitación intenta evitar que bots invadan el sistema, y le dijo a la BBC que cualquier persona, sin importar su nivel de conocimiento en materia de computación, podrá entrar.

Pero la complejidad del sistema cuántico significa, en la práctica, que es probable que la mayoría de los usuarios tenga algo de información previa.
"IBM ha dado un paso muy pequeño, pero significativo, hacia una computadora cuántica útil", le dijo a la BBC Chris Ford, profesor de electrónica cuántica en la Universidad de Cambridge.
"Sólo será útil para los expertos que saben lo que están haciendo, pero la mera idea de que esté disponible para todos puede hacer que el público en general preste atención a la computación cuántica, y anime a más personas a interesarse en cómo la física hace que esta nueva forma de computación sea posible".
La capacidad de la computación cuántica para efectuar cálculos muy avanzados es motivo de preocupación para la industria de la seguridad: podría hacer posible violar métodos de encriptación existentes.
El Instituto Nacional para Estándares y Tecnología de Estados Unidos anunció recientemente que abrirá una competencia pública para encontrar nuevos estándares de encriptación que sean más difíciles de penetrar, con la esperanza de contar con alguno que resista la computación cuántica de aquí a 2023.




via: BBC Mundo




 




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