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Computación

La inminente "supremacía cuántica" de Google necesita otro nombre

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La empresa lleva tiempo afirmando que está a punto de lograr este hito. Pero algunos expertos opinan que lo realmente importante no es la cantidad de cúbits sino las cosas que se pueden hacer con ellos y proponen alternativas al término como 'inimitabilidad cuántica'

  • por Martin Giles | traducido por Mariana Díaz
  • 15 Marzo, 2018

Puede que el 72 no sea un número muy alto, pero en términos de computación cuántica, es una cifra masiva. La semana pasada, Google presentó Bristlecone, un nuevo chip de computación cuántica con 72 bits cuánticos o cúbits, las unidades fundamentales de computación en una máquina cuántica. Como demuestra este contador de cúbits con línea de tiempo, el récord anterior lo ostentaba un simple procesador de 50 cúbits anunciado el año pasado por IBM.

El director de Investigación de Google, John Martinis, detalla que su equipo todavía necesita hacer más pruebas, pero cree que es "bastante probable" que el nuevo chip pueda alcanzar la "supremacía cuántica" este año, o incluso en unos pocos meses (aunque la compañía hizo el mismo pronóstico el año pasado). Este concepto se refiere al punto en el cual una computadora cuántica es capaz de realizar cálculos que están fuera del alcance de los supercomputadores más rápidos que existen en la actualidad.

Tanto si es Google quien lo logra como si es otra empresa, el hito de la supremacía cuántica promete generar una avalancha de titulares sobre el comienzo de una nueva y emocionante era. Se supone que los ordenadores cuánticos nos ayudarán a descubrir nuevos productos farmacéuticos y a crear nuevos materiales, y convertirán la criptografía en su punta de lanza. Pero la realidad es más complicada. El investigador experto en computación cuántica de la Universidad de Oxford (Reino Unido) Simon Benjamin matiza: "Es complicado encontrar a cualquier [investigador] a quien le guste el término 'supremacía cuántica'. Es muy pegadizo, pero es un poco confuso y da una idea exagerada sobre las capacidades de los ordenadores cuánticos".

Ladrillos cuánticos

Para entender a qué se refiere Benjamin hay que mencionar algunos antecedentes. La magia de los ordenadores cuánticos radica en los cúbits. A diferencia de los bits de los ordenadores clásicos, que almacenan información en forma de unos y ceros, los cúbits pueden existir en múltiples estados de uno y cero al mismo tiempo, un fenómeno conocido como superposición cuántica. También pueden influirse mutuamente, incluso cuando no están físicamente conectados, a través de un proceso conocido como entrelazamiento cuántico.

Debido a esto, mientras que sumar unos pocos bits a un ordenador convencional solo aumenta su capacidad de forma modesta, añadir un puñado de cúbits a una máquina cuántica puede aumentar exponencialmente su potencia de cálculo. Es por eso que, en principio, no hacen falta muchos cúbits para superar a los supercomputadores más poderosos de la actualidad.

Sin embargo, producir cúbits requiere prodigiosas hazañas de ingeniería, como la construcción de circuitos superconductores que deben mantenerse a temperaturas más bajas que las del espacio exterior (este es el enfoque que usa Google) para aislarlos del mundo exterior. Cualquier cambio en la temperatura y hasta las vibraciones más leves (fenómenos conocidos como "ruido") pueden hacer que los cúbits pierdan su frágil estado cuántico. Cuando eso sucede, los errores se cuelan rápidamente en los cálculos.

Y cuanto mayor sea el número de cúbits, más errores habrá. Aunque pueden corregirse con cúbits adicionales o software inteligente, el proceso acapara gran parte de la capacidad de computación de la máquina. En los últimos años, los avances en la tecnología de sobrefusión (o superenfriamiento) y otras áreas han impulsado la cantidad de cúbits que pueden activarse y administrarse de manera efectiva. Pero sigue siendo una batalla constante entre la potencia y la complejidad.

Las esperanzas de alcanzar la supremacía cuántica ya se habían esfumado en otras ocasiones. Durante algún tiempo, los investigadores pensaron que una máquina de 49 cúbits sería suficiente, pero el año pasado los investigadores de IBM fueron capaces de simular un sistema cuántico de 49 cúbits en un ordenador convencional (ver La carrera por la supremacía cuántica choca con la ausencia de aplicaciones reales). Los ordenadores convencionales tampoco se detienen; China, en particular, ha hecho una gran inversión en esta tecnología y ahora cuenta con las dos máquinas más potentes del mundo.

El gran momento de Google

El físico del Instituto Perimeter de Física Teórica (Canadá) Daniel Gottesman opina que mientras que los mejores algoritmos y los ordenadores digitales podrían cambiar un poco el umbral de la supremacía, es probable que solo se requieran unos cuantos cúbits más para que una máquina cuántica los supere de verdad. Con los 72 cúbits de Bristlecone, hay mucho poder para jugar.

Usando Bristlecone, Martinis y su equipo planean realizar una prueba para demostrar su supremacía cuántica. La definición estricta del punto de referencia es que la tarea debería ser imposible para un ordenador convencional. Pero esto plantea un problema delicado, ¿cómo se puede saber realmente si un ordenador cuántico ha producido una respuesta correcta si el resultado no se puede verificar con uno que utiliza bits de silicio?

Para abordar este reto, el equipo de Google planea llegar al límite: quieren utilizar una máquina cuántica para resolver un algoritmo en el límite de las capacidades de los superordenadores actuales. "También se puede demostrar que el algoritmo es exponencialmente complicado", explica Martinis. Al añadir un simple cúbit más, el dispositivo cuántico llegaría mucho más allá de lo que una máquina convencional podría manejar en un tiempo razonable.

Juego de nombres

Aunque Google alcance el punto de referencia mágico, la complejidad y el coste de la administración de los ordenadores cuánticos limitará su utilidad.

Hay algunas aplicaciones potencialmente prometedoras, como la de diseñar moléculas con precisión (consulte Las 10 Tecnologías Emergentes de 2018). Pero de momento, las máquinas clásicas seguirán siendo mejores, más rápidas y mucho más económicas para resolver la mayoría de los problemas. "Usar un ordenador cuántico sería como alquilar un avión Jumbo para cruzar la calle", dice el investigador de la Universidad de Oxford Benjamin.

En lugar de "supremacía cuántica", el experto cree que deberíamos hablar de "inimitabilidad cuántica", es decir, tareas específicas que solo los ordenadores cuánticos pueden realizar. Otros investigadores han sugerido nombres como "ventaja cuántica" o "ascendencia cuántica".

La semántica es importante. Las tecnologías como la inteligencia artificial (IA) pasaron por múltiples ciclos publicitarios antes de llegar a despegar. Así que si hacemos apuestas muy altas para la computación cuántica, lo más probable es que las perdamos. Eso podría provocar un éxodo de inversores, que han estado inyectando millones de euros en start-ups cuánticas.

Incluso el creador del concepto "supremacía cuántica" intenta ahora aplacar el rumor que ayudó a crear. El físico teórico del Instituto de Tecnología de California (EE. UU) John Preskill acuñó el término en un discurso en 2011. En enero de este año, Preskill publicó un estudio en el que afirmaba que la computación cuántica estaba a punto de llegar a una fase que denominó NISQ (por sus siglas en inglés de noisy intermediate stage quantum), o "fase intermedia cuántica ruidosa", donde las máquinas tendrán entre unos 50 y unos pocos cientos cúbits. Preskill escribió: "'Ruidoso' hace referencia a que tendremos un control imperfecto sobre esos cúbits; el ruido impondrá serias limitaciones sobre las capacidades de los dispositivos cuánticos a corto plazo". Y añadió que todavía está convencido de que las computadoras cuánticas tendrán un efecto transformador en la sociedad, pero admite que esa transformación "aún puede tardar décadas".

El problema del ruido es bastante polémico. El profesor de la Universidad Hebrea de Jerusalén (Israel) Gil Kalai defiende que los desafíos planteados por el ruido son tan grandes que impedirán que las máquinas cuánticas lleguen a ser realmente útiles. Pero muchos expertos no están de acuerdo. "Se puede controlar el ruido. Solo hay que entender cuánto se puede tolerar", dice el codirector del Centro Conjunto de Información Cuántica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Maryland (EE. UU.) Andrew Childs.

Martinis de Google también es consciente de que las expectativas gestionarse adecuadamente. El algoritmo que su equipo planea utilizar está más centrado en demostrar las capacidades de las máquinas cuánticas que en lograr algo práctico. El responsable concluye: "En cuanto alcancemos la supremacía cuántica vamos a querer demostrar que un ordenador cuántico puede hacer algo realmente útil".

Computación

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