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Supremacía cuántica: de sueño de la física a pesadilla ingenieril

En los últimos meses, una serie de avances convirtieron a esta rama de la tecnología en una de las más promisorias; sin embargo, aún hay enormes desafíos técnicos por delante
En los últimos meses, una serie de avances convirtieron a esta rama de la tecnología en una de las más promisorias; sin embargo, aún hay enormes desafíos técnicos por delante
Sebastián Campanario
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25 de marzo de 2018  

Pasaron ya más de 35 años de la hoy ya legendaria primera reunión sobre física de la computación organizada en 1981 en forma conjunta por el MIT e IBM en la que el Nobel de Física Richard Feynman mencionó por primera vez la posibilidad de tener computadoras cuánticas, millones de veces más rápidas que las actuales, en el futuro. Por entonces, se trataba de un sueño que muy pocos pensaban que pudiera hacerse realidad. Pero, en los últimos meses, una serie de avances convirtieron esta rama de la tecnología en una de las más promisorias de la actualidad, en un campo que pasó a ser ahora una "pesadilla para ingenieros", por los enormes desafíos técnicos que aún enfrentan los científicos para conseguir que operen de manera estable decenas de qbits, el equivalente de los bits en este terreno y sin tantos errores.

"No me gusta hacer promesas, porque creo que muchos han sobrevendido el asunto, pero creo que a principios de la próxima década vamos a tener soluciones muy prácticas y revolucionarias a partir de la utilización de computadoras cuánticas, especialmente en el campo del diseño de materiales, la química en general, el diseño de medicamentos y las finanzas", dice a la nacion Bob Sutor, matemático y jefe del equipo de investigación en computación cuántica de IBM.

Sutor trabaja desde hace 35 años en la firma y su base de operaciones es un laboratorio en las afueras de Nueva York, el Thomas Watson Research Center, donde están operando algunas de las computadoras cuánticas más avanzadas del mundo. "Es tremendamente complicado lograr que los qbits no pierdan sus propiedades cuánticas; son muy inestables y deben estar a temperaturas de menos de 200 grados celsius; el desafío es enorme", cuenta, mientras muestra dispositivos parecidos a arañas de iluminación con pequeños tubos superpuestos que cuelgan del techo.

A pesar de su enorme entusiasmo, el matemático odia el término popularizado de "supremacía cuántica" y prefiere hablar de "ventaja". Y añade: "De alguna forma se masificó esta idea de que hay una línea de tiempo en la cual habrá un antes y un después en el que las computadoras cuánticas superarán a las tradicionales, y eso no va a ser así. De hecho, el mundo cuántico y el tradicional son complementarios en un montón de aspectos y hay muchas cuestiones para las que la computación cuántica no servirá".

¿Como qué?, pregunta la nacion. "No la veremos en nuestro celular, por ejemplo. Requiere y requerirá por décadas de dispositivos enormes y muy costosos. Creo que los drivers económicos en la primera etapa serán la química y las finanzas. Nosotros estamos trabajando con JP Morgan porque la computación cuántica permitirá avances enormes en el manejo de portafolios, y con Daimler en química de baterías, apuntando a un futuro de autos eléctricos. También es interesante el campo de la encriptación poscuántica: sistemas de seguridad informática que no sean atacables con computadoras de enorme poder de cálculo como serán las cuánticas", responde.

Ya en 1994 el físico Peter Shor, por entonces en Bell Labs, demostró que las computadoras cuánticas podarán resolver muy fácil el problema de la descomposición de un producto de dos números primos muy altos, que es la base de la encriptación moderna. Por eso es importante avanzar con "llaves" matemáticas que sean difíciles o imposibles de resolver con la lógica cuántica.

Mientras que las máquinas tradicionales se sirven de bits que representan valores de 0 y 1, y así van armando progresiones lógicas, los qbits pueden tener los dos valores al mismo tiempo o varias superposiciones entre ellos. Esto hace que, al agregar qbits, la capacidad de cómputo aumente exponencialmente, pero también las posibilidades de error, que es lo que se está tratando de pulir en la actualidad. IBM trabaja con dispositivos de 50 qbits, Google anunció días atrás que llegó a los 72, pero se estima que para cálculos ultracomplejos, como la simulación a nivel atómico de la dinámica de materiales, se necesitarán miles o millones de qbits.

Aura de misterio

El biólogo Diego Golombek comenta a la nacion que en 2017 y lo que va de 2018 probablemente la física haya sido el campo científico con mayor cantidad de avances. Pablo Mininni, profesor de Exactas de la UBA e investigador del Conicet, coincide: "Hubo muchas novedades, como la observación simultánea de la colisión de dos estrellas de neutrones a través de ondas gravitacionales, ondas electromagnéticas y rayos gama; el descubrimiento de exoplanetas y el crecimiento de la capacidad de cómputo en el mundo", describe. La cuántica se inscribe en ese "renacimiento" y excede a la computación: la comunicación cuántica también mostró disrupciones que parecen sacadas de cuentos de ciencia ficción. Muchas de ellas llegan de China: "Hay gente muy inteligente trabajando en estos temas en todo el mundo", agrega Sutor, que prefiere no entrar en la discusión de si en este terreno China está superando a los Estados Unidos. El tema de la "supremacía china" en tecnologías exponenciales, como inteligencia artificial, blockchain y cuántica, estuvo en las últimas semanas en las tapas de The Eonomist, Wired y otras publicaciones de renombre. Eric Schmidt, ex-CEO de Alphabet, dijo esta semana que en 2025 China sobrepasará a EE.UU. en materia de inteligencia artificial.

La consultora McKinsey estimó el año pasado que hay 7000 personas trabajando full time en la actualidad en el terreno de la cuántica aplicada a nuevos dispositivos tecnológicos, con un presupuesto del orden de los US$1500 millones. IBM ya sumó a 85.000 desarrolladores en el sistema abierto que subió para que los científicos y técnicos experimenten con estas nuevas piezas de hardware. "En la base, la computación tradicional y la cuántica son completamente distintas. No es fácilmente extrapolable un algoritmo de un campo al otro", agrega Sutor. Por ejemplo, el matemático no cree que una supercomputadora de este tipo pueda usarse para minar todos los bitcoins que quedan por extraer, como a veces se cree. Pero sí es importante sumar recursos humanos a un espectro que explotará en el transcurso de la próxima década y para el cual seguramente habrá un déficit de cuadros profesionales, como sucede hoy con la IA.

En su libro La física cuántica: todo sobre la teoría capaz de explicar por qué los gatos pueden estar vivos y muertos a la vez, de la colección Ciencia que Ladra, de Siglo XXl, el profesor de Exactas Juan Pablo Paz sostiene: "La física cuántica tiene un aura de misterio y a veces se la presenta como una rama exótica de la física, pero nada está más alejado de la realidad: sin la física cuántica no entenderíamos casi nada de la física contemporánea. Sin ella no existirían los microchips, las computadoras, las lámparas LED, los paneles solares ni las centrales nucleares. En síntesis, la cuántica está en nuestra vida cotidiana, aunque siga conservando su aura de misterio".

Esta dificultad intrínseca del tema y sus muchas conclusiones contraintuitivas hacen que los artículos (como este también seguramente) estén a menudo repletos de errores. En Medium se publicó hace poco una "autopsia de un artículo de computación cuántica" de un medio de prestigio de Inglaterra en el cual se contaban varias equivocaciones o sobresimplificaciones por párrafo.

En la conferencia de 1981, Feynman dijo: "La naturaleza, al fin y al cabo, es cuántica. Así que, si queremos poder simularla algún día, necesitaremos sí o sí computadoras cuánticas". La novedad es que ya no se trata de un sueño y lo que se discute ahora, en todo caso, es el timing que tendrá esta carrera disruptiva.

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