Computación cuántica o cómo mirar el futuro

OPINIÓN

quantum-physics-and-consciousness-254744

* Escribe Mariana Gonzalez, especialista en Computación Científica, Fac. Ciencias Exactas UBA. MBA, ITBA.

 

 

 

Lectura: 6 minutos

Un nuevo paradigma. No la simple evolución de la computación clásica. Otra cosa. La forma en que el Universo computa. La mezcla de dos de los grandes hallazgos del siglo pasado, la Informática y la Física Cuántica. Algunas noticias que hemos leído este año al respecto:
«IBM presentó en el CES 2019 el IBM Q System One, su primera computadora cuántica de 20 cúbits para uso comercial»

«Bristlecone is our newest 72-qubit quantum processor»

«Research at Intel Labs has led directly to the development of Tangle Lake, a superconducting quantum processor that incorporates 49 qubits in a package»

«With more than 5000 qubits, the next-generation platform will more than double the qubit count of the existing D-Wave 2000Q™ system»

… y también, McKinsey, Alibaba, IONQ, Microsoft, Honeywell, NASA, CIA, JP Morgan Chase y más.

Es la gran pelea que se está dando entre las grandes empresas tecnológicas, las universidades y entre los grandes estados, EE. UU., China, UE. Por ejemplo, el Laboratorio Nacional de Ciencias de Información Cuántica en Hefei, China, dispone de US$10.000 millones para el desarrollo de una computadora cuántica, que esperan inaugurar en 2020. O EE. UU. que anunció una inversión de US$250 millones para desarrollar más de cien proyectos de computación cuántica.

Los inversores de riesgo están invirtiendo en empresas dedicadas al desarrollo de esta tecnología.

Está en juego la seguridad, las finanzas, la investigación y el desarrollo de nuevos remedios, materiales, proteínas.

Nos va a cambiar la vida ya que sus posibilidades de uso están relacionadas con la vida ya que la mecánica cuántica es el sistema más preciso y confiable para analizar la naturaleza.

 

¿De qué estamos hablando?

La computación clásica está en una carrera de miniaturización de los componentes electrónicos, ya que, cada vez se necesita más capacidad de almacenamiento y velocidad de procesamiento en equipos cada vez más pequeños.

Esa carrera está cerca de su límite.

La nanotecnología, sistema que desarrolla componentes a escala nanómetros (que equivalen a una mil millonésima parte de un metro, 1 nm = 10−9 m, o a la millonésima parte de un milímetro) y que se basa en la manipulación de la materia a escala atómica o molecular, tiene su límite: se le van a escapar los electrones si siguen achicando.

Los electrones en su dualidad partícula/onda, en ambientes muy pequeños, en su forma de onda atraviesa el sólido que lo contiene (Efecto túnel).

Por lo tanto no vamos a poder seguir evolucionando a nivel de voltajes eléctricos. Bienvenida computación cuántica.

 

¿Qué es?

En la computación clásica, digital, el bit (binary digit) es la unidad más pequeña de información, y puede adoptar dos únicos valores (0 y 1) y hacer con ellos operaciones lógicas (AND, OR, NOT, XOR, NOR, NAND), que desde el punto de vista de la física son transistores que dejan o no pasar corriente.

En la computación cuántica, el cúbit (bit cuántico) puede adoptar los valores 0; ó 1; ó 0 y 1 a la vez; ó una parte de 0 y una parte de 1. Contradice nuestra intuición, pero es así cómo la naturaleza funciona. Para poder saber cuál es su valor se necesita lograr un algoritmo que defina cuál es el estado más probable.

Tratemos de entender la diferencia de capacidad de ambos:
Una computadora clásica con n estados, puede almacenar n combinaciones de 0 y 1.

Las computadoras cuánticas pueden almacenar 2n combinaciones.

Si agregamos un estado más a las computadoras clásicas vamos a tener n+1 combinaciones. Si se lo agregamos a una cuántica vamos a tener 2n+1 combinaciones. El crecimiento es exponencial.

En las computadoras cuánticas, también se realizan operaciones lógicas cuánticas con los qubits. Hay muy pocas desarrolladas hasta ahora CNOT, Hadamard, SWAP, Pauli, y algunas más, pero aún trabajan con un número pequeño de qubits.

El qubit es un concepto abstracto y no está relacionado con un sistema físico específico. El desarrollo de esta tecnología incluye la búsqueda de una base física eficiente. Actualmente se está trabajando en diferentes orientaciones: trampas iónicas, partículas de luz, etc.

 

¿Cómo son esas computadoras cuánticas?

Las computadoras cuánticas utilizan las propiedades del movimiento de partículas subatómicas.
Los qubits deben mantenerse en un ambiente cercano a los 0° Kelvin (-273°C). Deben mantenerse además, en total oscuridad, no puede haber un solo fotón boyando por ahí por que modificaría al qubit.

Los estados cuánticos se mantienen estables durante lapsos muy cortos. Significa que por ahora los procesos que se ejecutan son muy limitados.
No tienen ni memoria, ni unidad de control ni unidad de procesamiento como las clásicas. Es solo un gran espacio helado donde los qubits son «guardados» y se interactúa con ellos a través de microondas.

 

Y a nosotros, ¿qué?

Microsoft anunció su proyecto Quantum Katas, para enseñar programación cuántica, a través del lenguaje Q# de forma gratuita, es de código abierto, está en GitHub y es gratuito.

IBM ofrece lo que ellos llaman «la experiencia IBM Q», que permite que cualquiera, en forma gratuita, pueda programar algoritmos en sus computadoras cuánticas. Para ello ofrece guías, tutoriales, kits de software, herramientas, ejemplos.

 

¿Falta mucho para su uso masivo?

Si definimos mucho en término de años, Sí, falta, estamos en los años ´50 de las computadoras clásicas.

 

¿Para qué van a servir?

Para simular sistemas cuánticos (obvio).
Para la industria química y farmacéutica: para simular reacciones químicas, construir estructuras moleculares, descubrir nuevos fármacos, todo ello en segundos, que con las computadoras clásicas podría llevar años.

Para inteligencia artificial, machine learning. Para descifrar sistemas de seguridad criptográficos casi en forma inmediata y sin importar el largo de la clave (¡¡¡Peligro!!!). Para diseñar sistemas de seguridad criptográficos cuánticos. Para modelar cambios climático. Para estudiar el Universo.
Para hacer búsquedas no indexadas muy voluminosas en forma inmediata, problemas de mínimos y optimizaciones.

Para conquistar el mundo, (Pinky).

 

Mariana Gonzalez
Computación Científica Fac. Ciencias Exactas UBA
MBA ITBA
Empresaria en Argentina y Uruguay en empresas de tecnología.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s