Las promesas de la computación cuántica y un nuevo récord mundial en simulación

Científicos de la Universidad de Melbourne, en Australia, establecieron recientemente un nuevo récord mundial en simulación de computación cuántica, logrando una potencia de 60 qubits en una computadora clásica. El resultado es revelador y ha demostrado la capacidad de procesamiento posible, que equivale a la de alrededor de 18.000 Petabytes (o más de 1.000 millones de laptops). 

La investigación fue encabezada por Lloyd Hollenberg, titular de la cátedra Thomas Baker de la Universidad de Melbourne. El profesor, líder del equipo de físicos, es director adjunto del Centro de Computación Cuántica y Tecnología de Comunicaciones. 

Comprender las implicancias de estos resultados es complejo. Interviene la física y la matemática y vale la pena intentarlo porque es el futuro de la computación. Se trata de una mejora a dimensiones impensadas de la forma en la que hoy se almacena y procesa la información. 

¿Qué es un qubit? 

Si la computación clásica se rige por el sistema binario, compuesto de bits, la cuántica lo hace a través de qubits. Un qubit es un contenedor de información que se puede describir con dos números.  

"Uno puede decir de un bit que es 01, y solamente necesitas un número. Para un qubit, se necesitan dos números. Entonces, un qubit, en estado general, tiene una combinación lineal de 0 y 1. Delante del estado 0 del qubit, tiene un número, y delante del 1 tiene otro número. Esos números pueden ser positivos o negativos, pueden incluso ser números complejos", explica a Infobae Antonio Corcoles-González, miembro del Staff de Investigación del Laboratorio de Computación Cuántica Experimental de IBM en Nueva York. 

Los números que describen estados se llaman amplitud y estas amplitudes, cuando se juntan muchos qubits, empiezan a sumarse entre ellas. 

La clave: los algoritmos 

Para entender el contexto del resultado de la simulación cuántica de la Universidad de Melbourne, Corcoles-González señala que es necesario entender cómo funciona un algoritmo cuántico.  

"En la mayor parte de los algoritmos cuánticos, se ponen todos los qubits en superposiciones. Se maximiza el número de estados posibles del sistema. Y a partir de ahí, lo que ocurre es que el algoritmo va aplicando lo que se conoce como ´puertas´, que es un concepto que también existe en la computación clásica", explica. 

Entonces, estas puertas, en el caso cuántico, están reforzando un resultado por medio de lo que se llama interferencias. "Esto es algo fundamental de la mecánica cuántica. Un algoritmo cuántico empieza desde un punto inicial en el que se maximiza el número de estados posibles que uno puede tener simultáneamente en un sistema", manifiesta Corcoles-González. 

En líneas generales, una computadora cuántica utiliza la física cuántica para descubrir una respuesta, de forma rápida, a un problema, ajustando las probabilidades simultáneamente.

Los algoritmos trabajan para evitar errores. En el caso de la computadora clásica, a través del sistema binario, se usa más tiempo y memoria al analizar cada respuesta potencial de a una.  

"Normalmente, si uno tuviera que simular lo que ocurre en cada paso del algoritmo cuántico, sería un problema. En el caso de la simulación estamos hablando de 60 qubits, que pueden tener un estado en particular. Y el número de estados que uno puede tener es 2 elevado a la potencia 60, y no es solo eso. Es un número increíblemente alto. La cantidad de memoria que uno necesita para imaginar todos esos estados en cada paso del algoritmo es enorme", asegura Corcoles-González. 

¿Por qué es relevante el récord de simulación cuántica? 

"Es un resultado interesantísimo, es muy creativo desde mi punto de vista, y es también muy útil. Estamos en una época para la tecnología cuántica donde empezamos a tener sistemas de varias decenas de qubits, que son qubits de verdad y están en laboratorio, trabajamos con ellos", explica Corcoles-González. 

Y continúa: "Son qubits que tienen un nivel de error bastante alto. Pero en algún momento, vamos a tener que comparar los resultados que nos dan estos qubits con lo que se supone que nos tendrían que dar. Para eso, hay que simular sistemas, y son sistemas difíciles de simular. Entonces un resultado como éste, nos da pistas para entender cómo podríamos empezar a simular sistemas en los próximos años". 

Según el investigador, que trabaja con la computadora cuántica, IBM Q, llegará un momento en los próximos años o décadas, en los que los sistemas cuánticos serán más grandes y mejores. "Y no habrá esperanza alguna de poder simularlos con los ordenadores clásicos que tenemos hoy día", afirma. 

¿Para qué se usará la computación cuántica? 

Hoy existen algunos procesadores de diferentes tamaños para distintos propósitos. En mayo de 2016, IBM puso a disposición en la nube el primer procesador cuántico para que cualquier usuario pueda aprender. Tenía 5 qubits.  

La compañía tiene hoy procesadores de más qubits (de 20 y 50) que están limitados, por ejemplo, a sus clientes, como Daimler o Samsung. "Es muy importante para todas las empresas que puedan visionar el tipo de problemas al que se están enfrentando ya o van a enfrentarse dentro de unas décadas. Cómo puede la computación cuántica ayudarlos. Eso es algo que tenemos que hacer juntos", finaliza. 

Los usos

Una computadora cuántica en el futuro podrá servir para el desarrollo de fármacos, realizar predicciones meteorológicas u optimizar sistemas de transporte.

"Otros ejemplos son de logística, por ejemplo, con problemas de optimización, como repartir un número de encargos en diferentes puntos geográficos de la manera más eficiente. Es prometedor, quedaría una ventaja energética o económica", señala Corcoles-González.  

Según el reporte de Accenture, denominado "Think beyond ones and zeros" (Piensa más allá de unos y ceros), existen diferentes ámbitos en donde la computación cuántica revolucionará el futuro de la industria:

– Servicios financieros: Será clave para la optimización del riesgo de la cartera y la detección de fraude a través de técnicas cuánticas. 

– Salud: El estudio destaca el plegamiento de proteínas y el descubrimiento de fármacos. Hasta se podrían desarrollar medicamentos personalizados para determinados casos de pacientes.

– Manufactura: El avance de la computación cuántica mejorará, por ejemplo, la carga de camiones,

– Medios y tecnología. El procesamiento de big data y, por ejemplo, la decisión sobre qué anuncio mostrar a un cliente, podría ser abordado por la computadora cuántica.

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