Por qué las grandes compañías tecnológicas buscan dominar la computación cuántica

Muchos han escuchado hablar de la computación cuántica pero son pocos los que saben qué es. Y aunque es una tecnología poco difundida, los físicos vienen hablando de la computación cuántica desde hace más de 30 años. Pero ¿para qué puede ayudarnos esta nueva computación? Los expertos aseguran que puede ser muy valiosa si se aplica en desarrollos relacionados al medio ambiente, en la salud, en finanzas y en seguridad informática, entre otras áreas.

"Los avances en la computación cuántica podrían abrir la puerta a futuros descubrimientos científicos como nuevos medicamentos y materiales, grandes mejoras en la optimización de las cadenas de suministro y nuevas formas de modelar datos financieros para realizar mejores inversiones. Estos problemas que antes no podían ser resueltos en una escala de tiempo humana, ahora con la computación cuántica y el uso de algoritmos podrán empezar a ser una realidad", señala Juan Pablo Soto, líder técnico de Cloud y embajador de computación cuántica de IBM.

Video oficial de System One Q, la computadora cuántica de IBM

En pocas palabras, James Clarke, director of Quantum Hardware de Intel Labs resume que la computación cuántica resolverá problemas que tomarían meses o años resolver a través de las computadoras tradicionales. "Incluso podrá solucionar algunos que son imposibles de resolver hoy", dice.

Para Christopher Chancé, un joven de 16 años que es experto en computación cuántica y CEO de DataXype, este tipo de computación es necesaria para cálculos complejos. "Una de sus implementaciones más importantes es en la criptografía. Podrían realizarse contraseñas indescifrables porque estarían usando los principios de la física cuántica. Pero además hay que tener en cuenta que con una computadora cuántica se podrán romper todas las criptografías clásicas aplicando ciertos algoritmos que hoy existen", sostiene.

Es que las computadoras cuánticas podrían hacer miles de millones de cálculos simultáneamente, en mucho menos tiempo que una computadora tradicional.

"La aplicabilidad de la computación cuántica se extiende a muchos campos. Entre ellos, destacan la simulación de procesos moleculares, que se pueden traducir en el diseño de mejores baterías que beneficien al medio ambiente al hacer la red de energía más eficiente. Además se puede usar en la optimización de energía para diseñar nuevos catalizadores que permitan crear fertilizantes, con menor impacto ambiental; y en el proceso de descubrimiento de moléculas que podrían hacer que los medicamentos resulten más efectivos, entre otros usos", ejemplifica Hartmut Neven, director de ingeniería del equipo cuántico de Google AI, una compañía que afirma haber alcanzado la supremacía cuántica.

¿Qué es la computación cuántica?

Como se dijo, promete resolver problemas complejos que hoy son insuperables aún con las supercomputadoras más potentes. "Esto se debe a que las computadoras cuánticas usan qubits que pueden existir en varios estados simultáneamente, lo que ofrece la posibilidad de calcular una gran cantidad de cálculos en paralelo, acelerando el tiempo de resolución", detalla el ejecutivo de Intel.

La información en una computadora convencional está codificada en "bits", que pueden representar 0 o 1. "Piense en un byte como una moneda que puede ser cara o cruz. Ahora imagine si esa moneda está girando en el aire. Mientras se mueve por el aire, la moneda existe en varios estados a la vez. Es a la vez cara y cruz. Este es uno de los principios de la mecánica cuántica llamada superposición, que ofrece la potencia exponencial de una computadora cuántica", explica Clarke.

Esa superposición es la que ofrece estados exponenciales de información y permite calcular en una escala mucho mayor. "El sistema es exponencial en función del número de monedas. Si tuviéramos dos monedas, podríamos representar simultáneamente cuatro estados. Si tenemos 300 monedas flotando en el aire, tenemos más estados que átomos en el universo", continúa el ejecutivo de Intel.

Las computadoras cuánticas codifican la información en bits cuánticos o qubits. Cuando están en superposición como la moneda que se lanza al aire –según el ejemplo- ésta representan tanto 0 como 1 y si hay alrededor de 50 qubits operando juntos se creará un sistema más poderoso que cualquier supercomputadora desarrollada hasta el momento.

"La superposición es útil porque permite ejecutar más de un cómputo a la vez brindando la posibilidad de realizar cálculos complejos en un corto periodo de tiempo", agrega el directivo de Google.

Presente y futuro

Ya son varias las empresas que están investigando y avanzando en desarrollos de esta tecnología. Entre ellas se destaca IBM, quien hace tres años hizo que una computadora cuántica accesible que promueve, a través de la nube, la experimentación. "Nuestra estrategia, desde que pusimos la primera computadora cuántica en la nube en 2016, fue mover la computación cuántica más allá de los experimentos de laboratorio aislados realizados por un puñado de organizaciones, en manos de decenas de miles de usuarios. Hoy contamos con una comunidad activa con más de 150.000 usuarios registrados, 14 millones de experimentos, más de 180.000 descargas de Qiskit y más de 200 papers científicos desarrollados a través de IBM Q Experience", resume Soto.

Además, a comienzos de este año IBM anunció una computadora cuántica integrada para uso comercial, con una potencia de 20 qbits, el IBM Q System One. Y a estos anuncios se sumó el último, realizado hace unos días: IMB presentó una nueva computadora cuántica de 53 qubits. El nuevo sistema ofrece una red más grande y brinda a los usuarios la capacidad de ejecutar experimentos de entrelazamiento y conectividad aún más complejos. Además, se anunció la apertura del Centro de Computación Cuántica de IBM en Nueva York.

Intel, por su parte, solo dos meses después de presentar su chip de prueba de 17 qubits, en enero de 2018 comunicó que la compañía había escalado con éxito su diseño y dio a conocer un chip de prueba superconductor de 49 qubits. La arquitectura del chip mejorará la investigación de Intel en la corrección de errores de computación cuántica, para avanzar en la entrega de un qubit tolerante a fallas.

Así se ve Symacore, la computadora cuántica de Google

Otro gigante tecnológico que también participa de esta carrera es Google. El buscador de Internet divulgó la semana pasada su proyecto de supremacía cuántica que consiste en la creación de una computadora cuántica que realiza cálculos en poco más de tres minutos. Éste –según informa la empresa en su comunicado- es resultado del trabajo realizado por el laboratorio cuántico y de Inteligencia Artificial de Google en conjunto con el equipo del científico John Martinis de la Universidad de California en Santa Bárbara, Estados Unidos.

"El experimento tuvo como propósito construir y evaluar el procesador Sycamore, de 54 cúbits, que servirá para desarrollar aplicaciones en aprendizaje automático y ejecutar algoritmos en química cuántica, entre otros. Con esta nueva apuesta y a través del apoyo de la comunidad de investigadores, Google espera descubrir nuevas capacidades en computación que permitan a las organizaciones resolver problemas complejos", adelanta Neven. Según el anuncio oficial de Google ésta sería "la primera empresa en construir una computadora cuántica que tiene la capacidad de llevar a cabo tareas que las computadoras clásicas no podrían hacer, como realizar cálculos en 200 segundos, cuando la computadora más rápida existente tardaría 10.000 años".

Además esta gigante tecnológica reveló que enfocará sus esfuerzos en hacer que estos procesadores de supremacía cuántica estén disponibles para colaboradores e investigadores académicos, así como para compañías que estén interesadas en desarrollar algoritmos y buscar aplicaciones para los procesadores actuales NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum). "Paralelamente, también trabajaremos en seguir invirtiendo en equipos y tecnología buscando construir una computadora cuántica tolerante a fallas lo más pronto posible", destaca el ejecutivo Google.

La comunidad cuántica deberá confirmar las afirmaciones de Google y conocer el resultado no será inmediato porque les llevará un tiempo realizar todas las pruebas adecuadamente.

De todas maneras desde IBM, el gran competidor de Google en materia de computación cuántica, hizo un posteo en su blog cuando se enteró de estas afirmaciones. En ese post -firmado por tres investigadores de la compañía- le restan importancia al anuncio de Google. "Argumentamos que una simulación ideal de la misma tarea puede realizarse en un sistema clásico en 2,5 días y con mucha mayor fidelidad. De hecho, esta es una estimación conservadora, en el peor de los casos, y esperamos que con mejoras adicionales el costo clásico de la simulación pueda reducirse aún más", dice el posteo. Además en este documento aseguran que tampoco deberían poner el foco en la "supremacía" si no en cómo las computadoras clásicas y las cuánticas pueden trabajar juntas para resolver los problemas complejos que hasta ahora no se podían resolver o demandaba mucho tiempo hacerlo. "Las computadoras cuánticas nunca reinarán ‘supremas’ sobre las computadoras clásicas, sino que trabajarán en conjunto con ellas, ya que cada una tiene sus fortalezas únicas", sostiene el documento.

¿Desaparecerán las computadoras clásicas?

Si bien las computadoras cuánticas prometen una mayor eficiencia y rendimiento para manejar ciertos problemas los expertos entrevistados coinciden en que no reemplazarán a la informática convencional. "Esperamos que la computación cuántica tenga el potencial de aumentar las capacidades de las computadoras de alto rendimiento del mañana. No esperamos computadoras portátiles cuánticas, por ejemplo. En cambio, los científicos pueden acceder a los sistemas cuánticos a través de la nube, donde actuarán como coprocesadores junto con servidores con tecnología Xeon y otros sistemas informáticos clásicos. Es necesario considerar que se necesitará una gran cantidad de potencia informática para diseñar, modelar, construir y operar estos sistemas", resalta el ejecutivo de Intel.

Juan Pablo Paz, físico argentino que trabaja en el campo de la computación cuántica; profesor titular plenario de la UBA e investigador superior del Concicet, coincide con que la en la vida cotidiana no vamos a percibir grandes cambios gracias a la computación cuántica. "Las personas no van a tener una computadora cuántica en sus casa ni celulares cuánticos. Porque este tipo de equipos se utilizan para tareas muy específicas", dice.

Juan Pablo Paz, físico e investigador del Conicet, cuenta de qué se trata la computación cuántica

Soto destaca que lo importante hoy es prepararse para aprovechar los beneficios de la computación cuántica, entender cómo y en qué procesos puede utilizarse para alcanzar una ventaja competitiva. "Mañana tendremos un mundo en donde las soluciones que usen computación cuántica estarán en todos lados, así como la computación hoy. La oportunidad de ser pioneros, de liderar con las aplicaciones específicas en las áreas de interés de nuestras empresas es algo que hoy es posible, y gracias a la nube de IBM cualquiera puede ser parte de esta revolución. Ese es el desafío para nuestras empresas en América Latina", agrega.

En cuanto a las oportunidad que tiene nuestro país con esta nueva tecnología, Paz cree que, al igual que sucede con la computación tradicional, no estamos en condiciones de fabricar este tipo de computadoras. "Eso no quiere decir que no tengamos oportunidad de competir, sobre todo por la calidad de nuestros científicos e investigadores. Además, por ahora son muy pocos los laboratorios que están compitiendo en la carrera de construir la computadora cuántica. Si nosotros quisiéramos hacerlo tendría que ser una decisión de Estado y creo que en este momento no se justificaría hacerlo", señala.

Antes de finalizar Chancé vuelve a destacar que la computadora cuántica no reemplazará a la computadora clásica. "Convivirán ambas. Y siempre lo explico con el videojuego FIFA. Los controles de los jugadores funcionan muy bien y no es necesario utilizar computación cuántica en ese caso. Sí se puede utilizar esta tecnología para mejorar los personajes de alrededor, o aquello que requiera cálculos", dice.