¿Que hay detrás de la computación cuántica?

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A propósito de la presunta “Supremacía cuántica” alcanzada por Google con su nuevo ordenador cuántico; en Agencia 6 explicaremos de que se trata este nuevo paradigma computacional cada vez más mencionado y vitoreado por empresas como IBM, Microsoft e incluso la NASA. 

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Google lanzó recientemente un documento que muestra que su procesador cuántico, llamado Sycamore, resolvió un problema informático en 200 segundos que le habría tomado al mejor supercomputador del mundo 10.000 años para resolver, ¡si!, como lo ven tus ojos, diez mil años.

No conforme con este logro abismal, Google también nos dice que esto es tan solo el comienzo de lo que las computadoras cuánticas serán capaces de hacer en el futuro próximo.

No obstante, es necesario en primer lugar comprender a fondo lo que significa que un computador sea cuántico o no y que tan diferente es este paradigma de lo que ya conocíamos antes. La Física, como ciencia exacta, nuevamente nos abre un mundo de posibilidades de la mano con la nuevas tecnologías.

A continuación explicaremos las bases sobre las que se fundamenta la computación cuántica.

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica es una teoría que viene a modificar enormemente el concepto que teníamos sobre cómo construir los ordenadores.

Las computadoras cuánticas realizan por tanto operaciones sobre datos utilizando ideas de la mecánica cuántica, como la superposición y el enredo (Entanglement).

En el cálculo cuántico, las propiedades cuánticas se utilizan para realizar operaciones en los datos y representarlos. Esto permite que los ordenadores cuánticos procesen conjuntos de datos masivos y complejos más rápidamente que los clásicos como el que ahora usa usted mientras está leyendo este artículo.

¿Donde radica la diferencia? empecemos por lo más básico, el funcionamiento de los Bits y los Qubits.

Bits VS Qubits

Los ordenadores clásicos almacenan información en código binario (0 y 1). Siempre es posible saber el estado exacto de una pieza de datos, o también llamado “bit”. Cada bit puede estar en dos modalidades, activado o desactivado.

La computación cuántica, sin embargo, usa qubits en lugar de bits por lo que su naturaleza se basará en estar encendido o apagado. O mejor aun, pueden estar encendidas y apagadas al mismo tiempo. (Aquí es donde comenzamos a perder un poco la cabeza)

La computación cuántica usa probabilidades. No siempre sabes el estado exacto de los datos. Esta incertidumbre es lo que hace que la computación cuántica sea tan poderosa.

Dado que los ordenadores cuánticos usan los fundamentos de la mecánica cuántica, pueden resolver cálculos complejos muy rápidamente. Si bien estas ya se utilizan para algunos fines, como la ciberseguridad, hasta ahora no han podido hacer mucho en este campo.

Muchas de las ideas detrás de la computación cuántica son teóricas todavía y ha sido un desafío implementarlas a gran escala. Sin embargo, esto está empezando a cambiar.

En este vídeo se tiene una explicación muy adecuada del fenómeno físico que se lleva acabo

El verdadero Alcance de Google

En primer lugar, hay que advertir que esta no es necesariamente la primera señal de que los robots están a punto de esclavizar a la humanidad como muchos piensan. El problema informático resuelto con la computación cuántica no era realmente tan útil, pero era algo que un ordenador estándar no podía hacer en un período de tiempo razonable.

Computador Cuántico de Google

Esta es la definición de “supremacía cuántica“: hacer que un ordenador cuántico haga algo que uno clásico no puede hacer razonablemente.

Esta es la definición de “supremacía cuántica”: hacer que un ordenador cuántico haga algo que uno clásico no puede hacer razonablemente.

Básicamente el computador cuántico mostrado por Google ha hecho el equivalente a un programa “Hello World” para probar las capacidades. Los investigadores de Google han usado su computador cuántico para ejecutar un programa de circuito aleatorio un millón de veces y registrar las salidas obtenidad.

El problema que Google resolvió con la computación cuántica fue diseñado específicamente para ser muy difícil de resolver para un ordenador clásico. El problema era determinar la probabilidad de diferentes resultados posibles de una versión cuántica de un generador de números aleatorios.

Google controló los errores en su sistema lo suficiente como para que los resultados estuvieran cerca de los resultados teóricos. Este ha sido un problema difícil de resolver incluso con los computadores cuánticas e hizo que el logro de Google sea aún más único.

IBM dice: “¿En serio?”

El competidor de Google, IBM, no estaba tan seguro de las afirmaciones de Google. Según IBM, Google sobreestimó la dificultad de la tarea.

Si bien Google ha dicho que el problema que resolvieron llevaría 10.000 años en un superordenador clásico, IBM dijo que podría resolverse en 2,5 días. ¡Eso ya es una gran diferencia!.

En una publicación de blog , IBM “insta [a] a la comunidad a tratar las afirmaciones de que, por primera vez, uun ordenador cuántico hizo algo que un ordenador clásico no puede hacer con una gran dosis de escepticismo”.

Los representantes de Google respondieron a IBM con un desafío para probar su afirmación de que el mismo problema que su computador cuántico había resuelto en 200 segundos podría resolverse con uno clásico en 2,5 días.

¿Esto a donde nos lleva?

Esto sigue siendo solo el comienzo. Como dijo Google en una publicación de blog ,

“Lograr las capacidades computacionales necesarias aún requerirá años de arduo trabajo científico y de ingeniería. Pero ahora vemos un camino claro y estamos ansiosos por seguir adelante”.

Google Team

Todavía es difícil corregir los errores en la computación cuántica. El equipo cuántico de Google estimó recientemente que todavía tenemos al menos 10 años antes de que haya un computador cuánticaocon corrección de errores.

En una entrevista reciente , el CEO de Google, Sundar Pichai, comparó su avance en computación cuántica con el primer vuelo de los hermanos Wright. “Para tomar prestada una analogía: los hermanos Wright. El primer avión voló solo durante 12 segundos, por lo que no hay una aplicación práctica de eso. Pero mostró la posibilidad de que un avión pudiera volar “.

Ahora bien, todo este nuevo modelo de análisis de computador abre la brecha hacia un nuevo cuestionamiento, ¿que será de las tecnologías fundamentadas en su totalidad a la encriptación como es el caso de Blockchain y no muy alejado de allí, el tema de las criptomonedas?

Esto lo analizaremos en una siguiente entrega.

Referencias

  • Arute, F., Arya, K., Babbush, R. et al. Quantum supremacy using a programmable superconducting processor. Nature574, 505–510 (2019) doi:10.1038/s41586-019-1666-5
  • You, J. Q. & Nori, F. Atomic physics and quantum optics using superconducting circuits. Nature474, 589–597 (2011).
  • Wheeler, J. A.; Zurek, W.H. (1983). Quantum Theory and Measurement. Princeton NJ: Princeton University Press.
  • Bohr, N. (1927/1928). The quantum postulate and the recent development of atomic theory, Nature Supplement 14 April 1928, 121: 580–590.


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