Chile - Llegaron las computadoras cuánticas y van a cambiarlo todo

Si hoy ya estamos sorprendidos por la inmensa capacidad de cómputo que hemos alcanzado, esta no es ni la punta del iceberg de lo que podríamos alcanzar con la nueva era que se avecina, la de la computación cuántica, que permitirá resolver algunos tipos de problemas que hoy parecen imposibles.
A continuación te adelantamos algunos detalles de lo que esta revolución trae consigo y cómo afectará nuestras vidas en un futuro cercano.

Los bits y la Ley de Moore

Famosa es la frase “Dios no juega a los dados”, que utilizó el mismísimo Einstein para referirse a un mundo que rompía las reglas físicas y que a él no le convencía: el mundo de la física cuántica. La física cuántica estudia lo que ocurre a nivel atómico y subatómico; si pudiésemos ver lo que allí ocurre, quedaríamos desconcertados:objetos que se teletransportan o que están en dos sitios a la vez,un mundo desordenado, pero que podría revolucionar la forma en la que estamos enfrentando ciertos problemas.
Actualmente nuestros computadores procesan la información mediante una unidad básica llamada bit, un bit puede contener sólo dos estados: 1 ó 0, verdadero o falso, o como nos plazca llamar a esta dicotomía. El procesador recibe las instrucciones y paquetes de “bits” se mueven de aquí para allá, para hacer todo tipo de cálculos. Para hacer todos estos cálculos, los procesadores tienen diminutostransistores (dispositivos electrónicos que entregan una señal de salida en respuesta a una señal de entrada), que a medida que avanzan las generaciones, van disminuyendo su tamaño, permitiendo que los procesadores sean más y más potentes. La cantidad de transistores en un procesador se dobla cada dos añosaproximadamente, siguiendo la acertada predicción del cofundador deIntel, Gordon E. Moore, y conocida como “Ley de Moore”. No obstante,cada vez nos acercamos más al punto en el que no podremos disminuir más el tamaño de los transistores, lo que podría entrampar la rápida evolución que experimentan los procesadores.
Si observamos la historia, una analogía que usualmente es utilizada para describir la rapidez con la que evoluciona la tecnología, es que los computadores que se utilizaron para llevar al hombre a la luna tienen menos poder de cómputo que el celular que llevas en tu bolsillo. Analogías similares surgirán por parte de las futuras generaciones, cuando recuerden nuestras anticuadas tecnologías.

La computación cuántica y el quantum bit (qubit)

Este tipo de computadores reemplaza al clásico transistor por un electrón, fotón o superconductores de electricidad, dependiendo de la tecnología que se emplee en su construcción. La lectura y alteración del estado de estos elementos, es lo que permite realizar los cálculos.

La computadora cuántica no se parece mucho a las computadoras convencionales.

La unidad básica de información de una computadora cuántica es elqubit, que a diferencia del bit, puede tener no sólo los estados 0 ó 1, sino que también 0 y 1 simultáneamente. Por lo tanto, los qubitspueden almacenar más información que los bits. N qubits pueden representar 2^N diferentes estados. Por lo que 3 qubits, equivalen a 8 bits en términos de la cantidad de información que pueden almacenar.
Sin embargo, no es solo un asunto de cantidad, sino que también cambia la forma en la que se procesa la información. Haciendo uso de las propiedades de la física cuántica, un computador cuántico puede manipular todas las combinaciones de bits simultáneamente¡reduciendo enormemente el tiempo requerido para encontrar la solución de ciertos problemas!
Aunque no todo es color de rosa; el programa debe ser ejecutado varias veces para confirmar que la solución es correcta. Debido a la facilidad con la que los qubits pueden cambiar de estado, es usual que se produzcan errores en los cálculos.

Cómo esto resuelve problemas que se nos escapaban de las manos

Lo que determina si un algoritmo tiene una alta complejidad computacional (requiere una cantidad de operaciones abrumadora para su ejecución), es cuánto aumentan la cantidad operaciones si aumentamos sus datos de entrada. Un ejemplo clásico es el delvendedor viajero ¿cuál es la ruta más corta para visitar todas las ciudades y volver a casa? Si lo hacemos solo con 3 ciudades, el problema no reviste mayor complejidad. No obstante, a medida que aumenta la cantidad de ciudades, se dispara la cantidad de rutas posibles y usando la tecnología tradicional, ni con un computador del tamaño de la luna podríamos resolverlo. Por ejemplo con solo 100 ciudades, hay por lejos más rutas posibles que átomos hay en el universo observable.
La computación cuántica permite probar múltiples rutas en un abrir y cerrar de ojos, llevándonos a soluciones que hasta ahora escapaban de nuestro alcance. En una prueba realizada por la Nasa y Google, se logró resolver un problema de vendedor viajero en menos de un segundo utilizando un computador cuántico, cuando ese mismo problema habría sido resuelto en 30 minutos en un computador tradicional.
El problema del vendedor viajero es equivalente a un sin fin de otros problemas, por lo que encontrar un algoritmo para resolverlo implica resolver muchos otros problemas, como por ejemplo,cómo distribuir eficientemente los componentes en un circuito electrónico. Así como el vendedor viajero, hay otros tantos problemas que podríamos conquistar con un computador cuántico.
Uno de los impactos será en la generación de materiales y farmacología, donde gracias a sus propiedades, se podrán probar rápidamente combinaciones que un sistema computacional tradicional demoraría demasiado tiempo en computar. Otra área donde los computadores cuánticos harán de las suyas será en optimización, predicción del clima, criptografía e inteligencia artificial.

¡Ya está a la venta!

El primer computador cuántico en salir al mercado se llama D-Wave y fue desarrollado por una startup canadiense llamada D-Wave Systems, que actualmente cuenta entre sus clientes a Googley la Nasa.

La computadora D-Wave. No sé ustedes, pero me inspira respeto...

Mediante esta tecnología, se pretende llevar la inteligencia artificial al siguiente nivel, para ello la Nasa, en colaboración con Google y otras organizaciones, hospeda el Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica (probablemente el nombre más cool que hemos escuchado para un laboratorio), en donde se busca aplicar esta tecnología a la resolución de problemas altamente complejos.
Si bien los computadores cuánticos podrán “triturar” algunos tipos de problemas, no serán más rápidos que los computadores tradicionales en todos los casos, por lo que no serán un reemplazo, sino un complemento. Ayudarán en ciertos campos, empujando aún más el conocimiento humano, porque la computación cuántica ha llegado para quedarse y, como parece ser la tónica con la tecnología, avanza más rápido de lo que hubiéramos imaginado.