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¿Por qué todos quieren un computador cuántico, hasta Google?

  • ilustración google
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Publicado el 30 de octubre de 2019
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bits cuánticos superconductores programables tiene el computador de Google.

1900

fue el año en el que nació la mecánica cuántica de la mano del físico Max Planck.

en definitiva

El futuro está ligado a la tecnología, incluso la indetectable para los ojos. Los humanos ya están desarrollando computadores cuánticos, que incluso cambiarán las relaciones entre países.

Los 300 chips que hay en un carro, la parte industrial de los láseres, las resonancias nucleares magnéticas en la medicina y el posicionamiento de flotas y aviones en tierra tienen un origen cuántico. Este describe el comportamiento de átomos, quarks, fotones y partículas diminutas más pequeñas que la millonésima parte de un milímetro.

El hombre ha descubierto las leyes del mundo profundo, microscópico, y ahora las está empezando a aprovechar de forma sistemática.

Grandes empresas como Google, IBM e Intel, las agencias de inteligencia estatales de EE. UU. y China, así como de la Unión Europea, invierten altos presupuestos en estas tecnologías. La curiosidad científica derivó en lo que acontece hoy: una lucha geoestratégica por dominar la computación cuántica.

Este miércoles Google dio el primer paso histórico. Confirmó haber logrado la supremacía cuántica, luego de una filtración accidental hace un mes por los colaboradores de esta empresa en la Nasa. Este término, supremacía, hace referencia al punto en el que un computador cuántico pueda hacer cálculos más allá de la computadora clásica más poderosa imaginable. Y acaba de suceder. El de el gigante tecnológico hizo uno en 3 minutos y veinte segundos, el mismo que un computador tradicional haría en 10.000 años. Eso aseguran ellos.

La importancia es que quien logre controlar este nuevo paradigma de la computación, “seguramente tendrá un dominio importante sobre la política del mundo”. Así lo afirmó a EL COLOMBIANO el físico José Ignacio Latorre, profesor en la Universidad de Barcelona, investigador en el Center for Quantum Technologies de Singapur y director del Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual, al hablar del tema que empieza a dominar el mundo de la computación: la teoría cuántica.

Solo las empresas de tecnología cuántica recibieron al menos 450 millones de dólares en fondos privados entre 2017 y 2018, más de cuatro veces los 104 millones de dólares revelados en los años anteriores, de acuerdo con un análisis hecho por Nature a principios de octubre. La carrera por la supremacía cuántica –término acuñado por John Preskill en 2012– se puede comparar con la época en la que se descubrió el núcleo atómico.

Latorre, físico español, recuerda que cuando en ese momento se entendió que el átomo encerraba energía, ocurrió el desarrollo de la bomba atómica. “Quien la dominó se impuso en la geopolítica de toda la mitad del siglo veinte”, agrega. Él está convencido de que “el verdadero motor de cambio de la sociedad no es la política ni la economía, sino la tecnología”.

Clásicos vs cuánticos

Los computadores cuánticos no son los aparatos tradicionales evolucionados. Esto sería como comparar una vela con un bombillo. No se pueden elaborar bombillos mediante velas ultramejoradas. Los focos tienen una tecnología diferente y se fundamentan en un conocimiento científico más profundo.

Esta idea ayuda a entender que el ordenador del que tanto se habla últimamente es una nueva clase de dispositivo basado en principios de la física cuántica. Un computador corriente, como el que tiene en su casa, usa bits (ver glosario) precisos de ceros y unos, pero uno cuántico es completamente diferente: tiene una identidad más fluida, no binaria, lo que permite existir en lo que los físicos cuánticos llaman una superposición, o una combinación de cero y uno. Es decir, con cierta probabilidad de ser cero, o uno.

En otras palabras, funciona en un espectro. Por ejemplo, puede tener un 60 por ciento de probabilidad de ser cero y un 40 por ciento de probabilidad de ser uno. O puede ser 50-50. Las posibilidades son infinitas.

Físicamente no tiene pantallas ni teclados, sino que se ve suspendido como un panal de abejas y en vez de hexágonos tiene un gran entramado de cables brillantes.

Sobre hombros de gigantes

Para llegar hasta un computador cuántico se han ido dando pasos al ritmo de la ciencia, poco a poco y sumando esfuerzos, como escalando una pirámide, la del conocimiento.

El primero fue el desarrollo de la física cuántica por parte del alemán Max Planck; luego, podría decirse que ante la incredulidad de científicos, como el neoyorkino Richard Feynman, varios físicos se motivaron a impulsar el campo.

Feynman planteó el reto en 1982 al preguntarse si las limitaciones que se tenían al intentar computar “cosas cuánticas” de manera tradicional se debería a que no se tenía un computador con piezas cuánticas.

Esto apresuró las cosas, en un principio, en el papel. En 1994, el físico Peter Shor revolucionó el campo al jugar con las propiedades de la computación cuántica y desarrollar un algoritmo, una de las pocas pruebas que demuestran que un computador cuántico es capaz de factorizar en un tiempo exponencialmente más corto que uno clásico.

Lo que promete resolver problemas humanos de difícil solución, desde acelerar las secuenciaciones del ADN de los humanos, hasta calcular todo lo que podría ir mal en un avión, lo que, de manera tradicional, tomaría años.

Parece que la computación cuántica ha estado llegando hace un par de décadas, que va a terminar con la seguridad en internet y también que acelerará el descubrimiento de nuevos materiales. Promete, pero aún está limitada, especialmente por sus soportes físicos que requieren temperaturas 100 veces más frías que las del espacio exterior y que son tan frágiles que cualquier perturbación, como respirar cerca de sus arreglos experimentales o el paso de un carro, los podría afectar.

En una videoconferencia con estudiantes de la Universidad de Antioquia, Borja Peropadre, experto en soportes físicos de la computación de Zapata Computing Inc. (Canadá), ayudó a entender esto con la siguiente metáfora.

“Piensen en estos cúbits como monedas. En un computador clásico estas pueden estar en una superficie con la cara o el sello hacia arriba, pero en un computador cuántico cada moneda estaría en su borde y por ello cualquier perturbación en el entorno produce decoherencia (pérdida de la coherencia cuántica). La más mínima alteración acostaría la moneda, acabando con un computador clásico muy caro”.

El primer paso de Google

Investigadores de Google liderados por John M. Martinis (Google AI Quantum) han desarrollado el computador cuántico Sycamore de 54 cúbits (aunque solo 53 funcionan bien) que hizo un cálculo imposible para el más potente computador tradicional. Un paso importante aunque sin aplicaciones prácticas relevantes, por ahora.

Esto lo confirma el artículo científico Quantum supremacy using a programmable superconducting processor que, además, tiene el sello de la Nasa (Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio de EE. UU.).

En el documento los investigadores de Google indican que el algoritmo usado fue diseñado específicamente para este hito y no pretendía tener aplicaciones pragmáticas.

Google IA Quantum se habría adelantado a la competencia, aunque en IBM no están de acuerdo y publicaron otro estudio para debatirlo. En una entrada de su blog, IBM asegura haber realizado una simulación ideal de la misma tarea –que expone Google en su estudio– con un sistema convencional en 2,5 días y con mayor fidelidad. Su trabajo publicado en arXiv, un repositorio para prepublicaciones de artículos científicos, sugiere que las afirmaciones de Google podrían no ser válidas. “Hablar de supremacía cuántica es muy sugerente, pero es un término engañoso que conduce a interpretaciones falsas y, en cierto modo arriesgadas, del estado actual de la computación cuántica y de sus expectativas”, resalta la multinacional azul.

Con reservas, el reciente avance de Google ilusiona como lo hizo el desarrollo de los transistores a mediados del siglo pasado. “Quién iba a imaginar que 50 años después, gracias estos dispositivos semiconductores, se iba a terminar con computadores del tamaño de una mano”, anota Alejandro Perdomo, científico en computación en Zapata Computing Inc. y uno de los expertos mundiales en la computación cuántica aplicada a problemas en inteligencia artificial.

No obstante, los físicos recuerdan que aún hay grandes limitaciones, principalmente por lo que acarrea la manipulación de átomos neutros que almacenan información cuántica, por lo que son llamados cúbits por analogía con los bits.

En este tema todos los días hay un avance, unos más grandes que otros. Iniciando este mes, investigadores de la Universidad Johns Hopkins publicaron en la revista científica Science, que descubrieron un material que podría acelerar la creación de estas míticas máquinas.

La investigación del equipo describe un material superconductor (Bi2Pd) que existe naturalmente en un estado cuántico sin la influencia adicional de los campos magnéticos que generalmente se necesitan para tal efecto. Los autores escriben que el bajo mantenimiento y la estabilidad de este material lo convierten en un candidato perfecto para diseñar sistemas cuánticos.

Lo más fascinante es que, dice Perdomo, las aplicaciones más interesantes y prometedoras aún no se conocen, están por venir.

Segunda revolución
El tiempo lo va probando. Los cambios en la forma en que hoy se relacionan los humanos está dictada por internet. Los oficios van cambiando y, precisa Latorre, “la modificación del paradigma de la información llega porque se tienen las comunicaciones”.

Las relaciones sociales, a través de diferentes plataformas digitales, en el fondo, son una revolución tecnológica que cambia las vidas en profundidad. Y por esto, el investigador español advierte que todos tenemos que estar preparados. Incluso, políticos y legisladores deberían informarse sobre la cuántica.

La advertencia no es banal. Él no quiere que los avances tecnológicos sigan embistiendo a los ciudadanos como cuando llegó la revolución industrial.

La historia muestra las consecuencias. Como los humanos no estuvieron preparados para recibir la fuerza de las máquinas, hubo una transición desastrosa hacia la tecnología. Con la revolución industrial los trabajos se vilipendiaron (se daban jornadas laborales de más de 15 horas al día), costó un siglo limpiar el río Támesis y se ensuciaron las ciudades.

“No fue fácil el tránsito de no tener máquinas a tenerlas. Hoy vemos la transición entre no contar con las que calculaban a tener las que calculan. Y, en el futuro próximo, pasaremos de máquinas que no deciden a las que sí lo harán soportadas con la fuerza de la mecánica cuántica” y revela que ya ha escrito más de cien artículos científicos sobre física de partículas e información similar y ha asesorado cerca de 12 tesis doctorales.

Así que, como lo auguran los científicos, hay que estar preparados e informarse mejor, para el gran salto que significa la revolución que llega de la mano de la cuántica.

Contexto de la Noticia

GLOSARIO

BITS
Unidad básica de información en teoría de la información, informática y comunicaciones digitales. El nombre es un acrónimo de dígito binario.

ÁTOMO
Componentes básicos de la materia. Es la partícula más pequeña de un elemento que tiene todas las propiedades químicas de este.

CÚBITS
Bloque de construcción de los computadores cuánticos. Usan propiedades como la polarización de un fotón (vibraciones con respecto a su dirección de movimiento).

Helena Cortés Gómez

Periodista, científica frustrada, errante y enamorada de los perros. Eterna aprendiz.

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Textualmente

¿Y para qué las ciencias básicas?
diego torres galindo
Físico de la Universidad Nacional de Colombia

“El hombre, de manera natural, siente curiosidad por el universo y el mundo que lo rodea. Eso es lo que nos diferencia del resto de los animales. Esa curiosidad se traduce en la creación de las ciencias básicas y ellas, sin buscarlo, en el mejoramiento del mundo que nos rodea. Dentro de los procesos...