Afirman que por primera vez una computadora cuántica superó a las convencionales

Nora Bär
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24 de octubre de 2019  

Finalmente, se confirmó el secreto a voces que venía susurrándose entre los entendidos desde hace semanas: un equipo de Google alcanzó lo que se dio en llamar "la supremacía cuántica", es decir que por primera vez logró que una computadora basada en las leyes que rigen el extraño submundo de los átomos realizara una operación imposible para una convencional. El trabajo que describe el logro se publicó ayer en la revista Nature, después de que una versión se mostrara durante algunas horas al sitio de la NASA hace alrededor de un mes.

Según los autores, la máquina, llamada Sycomore (nombre en inglés del árbol sicomoro, de tronco amarillento), encontró en 200 segundos el resultado de un problema que a una supercomputadora clásica le hubiera llevado 10.000 años.

"Estas máquinas hacen una tarea que es muy difícil de hacer en una computadora convencional", dice Christian Schmiegelow, investigador del Conicet y director del Laboratorio de Iones y Átomos Fríos de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA. Lo interesante de desarrollar este tipo de equipos es que se basan en una lógica totalmente diferente de la que rige las conocidas. "En estas últimas, la información (cada unidad se llama bit, y puede ser uno o cero) está almacenada en forma de pequeños imanes, como granitos microscópicos, con un polo norte y un polo sur -explica Juan Pablo Paz, investigador del Conicet, director del Instituto de Física de la UBA y pionero del tema en el país-. La convención es que si miran ?hacia arriba', es un uno, y ?hacia abajo', un cero. Esos imancitos tienen alrededor de 100.000 millones de átomos cada uno. Pero en los años 80, empezamos a preguntarnos qué pasaría si lográramos almacenar la información en un solo átomo. Podríamos aprovechar las propiedades de los átomos, que a veces se comportan como partículas y a veces, como ondas. En un sentido metafórico, un dispositivo así podría realizar muchos cómputos clásicos al mismo tiempo. La unidad de información en estas máquinas es un qubit".

La idea resultó ser muy poderosa, aunque difícil de llevar a la práctica. En las computadoras clásicas, el bit es el estado de un objeto material. En la que diseñó el equipo de Google, el qubit no es un único átomo, sino un sistema construido para que se comporte de esa forma. "Son pequeños anillitos de material superconductor en los que la corriente eléctrica circula en un sentido o en otro; en un caso es un cero y en otro, un uno -afirma Paz-. Pero como estos elementos son cuánticos, pueden existir estados en los que la corriente circula para un lado y para el otro simultáneamente". Esto es así porque, según la mecánica cuántica, las partículas pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo, y esto permite atacar problemas que serían inabordables para las computadoras habituales.

Para probarlo, los científicos de Google, liderados por John Martinis, de la Universidad de California en Santa Barbara, programaron su Sycomore para que actuara de forma azarosa y determinara la probabilidad de que se diera cierta distribución de resultados.

"La computadora funciona como una especie de bolillero que sortea números con distinta probabilidad -explica Paz-. Ellos repitieron un millón de veces los resultados y obtuvieron una distribución al azar con cierta probabilidad. Lo llamamos hacer ?un muestreo eficiente de una distribución de probabilidad'. Estos problemas, por ahora, no sirven para nada práctico. Pero una de las posibles aplicaciones de la computadora cuántica es resolver el problema de factorización de números enteros (encontrar los factores primos de un entero; por ejemplo, en el caso de 15: 5 y 3). Es muy importante para la criptografía y la seguridad informática, y no está muy lejos de lo que está haciendo este grupo".

El chip de la Sycomore es un rectángulo muy pequeño introducido dentro de un crióstato, porque debe ser mantenido a temperaturas cercanas al cero absoluto. "Es una grilla de seis qubits por nueve, pero tiene 53 qubits porque uno no anda", detalla Paz.

En lugar de utilizar dispositivos superconductores, en el Laboratorio de Iones y Átomos Fríos de la UBA trabajan con átomos naturales, más difíciles de controlar, pero que arrojan resultados más precisos. La competencia en este campo no da respiro. El equipo de Chris Monroe, de la Universidad de Maryland, afirmó haber logrado manipular algo más de 50 átomos individuales y haberlos obligado a evolucionar ejecutando un algoritmo de tal manera que hubiera podido alcanzar la supremacía cuántica. Científicos de IBM también refutaron el logro de Google. Afirman que encontraron una forma de hacer que una computadora clásica resuelva el mismo problema que ellos plantearon en dos días.

"Esta es la primera vez que una computadora cuántica hace algo más rápido que una clásica -cuenta Paz-. Fue más difícil de lo que se pensaba".

Y concluye Schmiegelow: "Los problemas de real interés van a llegar cuando tengamos no 50 qubits sino 1000. Y probablemente un tipo de computadora no reemplazará al otro, sino que ambos coexistirán. Tal vez armaremos sistemas híbridos, pero todavía ni siquiera podemos imaginarlos".

Importante avance. Un paso hacia el futuro

Al anunciar el logro de la "supremacía cuántica", el CEO de Google, Sundar Pichai, afirmó que esto muestra que "para enfrentar grandes desafíos científicos hay que concentrarse en el problema durante largos períodos de tiempo, tal vez décadas, y hay que pasar por fracasos y éxitos hasta llegar a la meta". Científicos argentinos, sin embargo, advierten que los obstáculos de ingeniería que quedan por delante son enormes, y que tal vez en cinco o diez años recién empiecen a poder utilizarse estas máquinas en problemas prácticos.

Por: Nora Bär
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