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Computación

La CIA y Jeff Bezos apuestan por la computación cuántica

Gracias a financiación del fundador de Amazon y el brazo inversor de la CIA, la empresa canadiense D-Wave gana tracción para su revolucionario enfoque sobre computación.

  • por Tom Simonite | traducido por Lía Moya (Opinno)
  • 08 Octubre, 2012

Dentro de un edificio convencional en las afueras de Vancouver (Canadá), enfrente de un triste McDonald’s, hay un sitio en el que hace más frío que en cualquier otro lugar del universo. En él hay un procesador de ordenador que el fundador de Amazon, Jeff Bezos, y el brazo de inversiones de la CIA, In-Q-Tel, creen que es capaz de aprovechar las singularidades de la mecánica cuántica y desatar más poder computacional que cualquier chip de ordenador corriente. Bezos e In-Q-Tel son dos de los miembros de un grupo de inversores que han apostado 30 millones de dólares (unos 23 millones de euros) a esta posibilidad. 

Si la apuesta funciona, algunos de los problemas computacionales más espinosos del mundo, como la búsqueda de nuevos medicamentos o los esfuerzos por crear inteligencia artificial, serán un reto significativamente menor. El logro también limpiaría la reputación manchada de D-Wave Systems, la start-up cuyo esfuerzo desde hace 8 años por crear un ordenador cuántico no se ha ganado mucho más que escepticismo rozando el ridículo por parte de reconocidos físicos.

El procesador superenfriado de D-Wave está diseñado para manejar lo que los ingenieros de software denominan problemas de “optimización”, es decir, problemas que están en el centro de dilemas como el de averiguar cuál es la ruta de suministro más eficiente o cómo se moverán los átomos dentro de una proteína cuando esta se encuentra con el compuesto de un medicamento. “Prácticamente todo tiene que ver con la optimización y es la base fundacional del aprendizaje automático, que subyace en prácticamente toda la creación de riqueza en Internet”, explica Geordie Rose, fundador y director de tecnología de D-Wave. En el aprendizaje automático, una rama de la inteligencia artificial, el software examina información sobre el mundo y plantea una manera adecuada de comportarse en el futuro. Es la base para tecnologías como el reconocimiento de voz y la recomendación de productos, y es una prioridad de investigación para empresas como Google o Amazon, que dependen de los grandes datos. 

“Nuestros clientes del campo de la inteligencia tienen muchos problemas complejos que ponen a prueba la arquitectura clásica de la comparación”, afirmaba Robert Ames, vicepresidente de tecnologías de información y comunicación en In-Q-Tel, en un comunicado presentado el viernes pasado. El principal cliente de In-Q-Tel es la CIA. La Agencia Nacional de Seguridad es otro. Se sabe que ambos están invirtiendo mucho en recogida y análisis automatizados de información.

Rose, un canadiense seguro de sí mismo que tiene una guitarra y una espada de samurái decorando su despacho sin ventanas, ha estado haciendo grandes declaraciones a los periodistas desde 2007, cuando presentó el primer procesador de muestra de D-Wave en un evento de alto nivel en el Museo de Historia de la Computación en Mountain View, California (EE.UU.). Los asistentes vieron un procesador de D-Wave resolver (aparentemente) sudokus y encontrar una pareja para una molécula de un medicamento en concreto dentro de una mezcla de otros compuestos. Pero en las semanas, meses y años que siguieron, la empresa sufrió el escepticismo y las acusaciones de fraude de expertos académicos en computación cuántica. Las predicciones iniciales de Rose respecto a la rapidez con la que empresa haría crecer el tamaño y las capacidades de sus chips fueron abandonadas, y la empresa, a pesar de seguir contando con una buena financiación, se mantuvo silenciosa en lo que respecta a sus declaraciones públicas.

Contar con el apoyo de Bezos e In-Q-Tel –los inversores más destacados de la empresa hasta la fecha- es el último de una serie de hechos que sugieren que D-Wave cree que finalmente está preparada para responder a sus críticos. En mayo de 2011, la empresa publicó un artículo en la prestigiosa revista Nature del que los críticos académicos afirman que es el primero en demostrar que los chips de D-Wave tienen algunas de las propiedades cuánticas necesarias para respaldar las afirmaciones de Rose. Los investigadores en inteligencia artificial de Google se introducen regularmente en un ordenador de D-Wave a través de Internet para probarlo, y en 2011 la empresa también ha conseguido su primer cliente. Lockheed Martin, contratista del Departamento de Defensa, ha pagado 10 millones de dólares (unos 7,7 millones de euros) por un ordenador con el que investigar la detección automática de errores de programación en proyectos complejos como el del caza F-35 (ver “Aprovechando los efectos cuánticos para un tipo de software capaz de aprender”). Aún quedan dudas sobre cómo funciona exactamente su tecnología, pero D-Wave afirma que llegarán nuevas pruebas. Está preparando un procesador mejorado al que Rose considera el primer producto real de la empresa y no solo un equipo de investigación. Se espera que D-Wave anuncie más clientes importantes a lo largo de los próximos meses.

Punto frío

Al entrar en la planta baja de las oficinas de D-Wave te encuentras con una serie de salas de reuniones, despachos y cubículos anodinos. Pero si abres la puerta adecuada en el pasillo principal, entras en un laboratorio blanco brillante dominado por cuatro monolitos negros: los ordenadores de D-Wave. Con forma de cubo y unos 3 metros de arista, emiten un sonido rítmico agudo mientras los gases superenfriados circulan por su interior. Cada una de las máquinas tiene una puerta en un lateral y están casi vacías, ocupadas únicamente por lo que parece un arma láser que desciende del techo, una pila espaciada de cinco discos de metal de tamaño decreciente sujetos por cables y tubos chapados en oro y cobre. En realidad es una pistola de frío: su estructura está a una temperatura heladora de -135ºC en el extremo más ancho y a unas milésimas de grado por encima del cero absoluto en su punta, donde se encuentra el chip cuadrado de 2,5 centímetros de lado de D-Wave. Ni siquiera en las profundidades del espacio hace este frío, ni se está tan resguardado de los campos magnéticos como está este chip, que se graba en una planta de Silicon Valley en una aleación de niobio que se convierte en superconductora a temperaturas muy bajas.

Los procesadores de todos los ordenadores que hayas usado están hechos de silicio y llevan transistores que crean puertas lógicas, interruptores que están encendidos (representados por un uno en la programación del ordenador) o apagados (un cero). Los procesadores de D-Wave también están formados por elementos que cambian de uno a cero, pero son bucles de aleación de niobio. El procesador más reciente contiene 512 de ellos. Estos bucles se conocen como qubits y son capaces de atrapar la corriente eléctrica, que circula dentro de los bucles bien en el sentido de las agujas del reloj (un cero) o en el sentido contrario a las agujas del reloj (un uno). Unos bucles superconductores más pequeños llamados enlazadores unen los qubits para que puedan interactuar e incluso influir en los demás para pasar de uno a cero y viceversa.

Este delicado montaje está diseñado para que la distribución de qubits se corresponda con un algoritmo que resuelve un problema de optimización concreto que se encuentra en el centro de muchas tareas difíciles de solucionar para un procesador convencional. Es como una máquina especializada de una fábrica que es capaz de hacer una cosa muy bien sobre un tipo de materia prima concreta. Llevar a cabo un cálculo en el chip de D-Wave requiere proporcionar esa materia prima, en forma de números que se alimentan su algoritmo de código duro. Se hace colocando los qubits en un patrón de unos y ceros, y afinando cómo permiten los enlazadores que interactúen los qubits. Después de menos de un segundo de espera, los qubits se instalan en nuevos valores que representan un estado de energía menor para el procesador y revelan una solución potencial para el problema original.

Lo que sucede durante ese segundo de espera crucial es una especie de discusión de mecánica cuántica. Los qubits entran en un extraño estado cuántico en el que son simultáneamente uno y cero, como el gato de Schrödinger que estaba a la vez vivo y muerto, y se enzarzan en una extraña sincronía conocida como enlazamiento, un fenómeno que Einstein describió como “espeluznante”. Eso permite al sistema de qubits explorar todas las configuraciones finales posibles en un instante, antes de escoger la más sencilla o una muy cercana a ella.

Por lo menos eso es lo que afirman los científicos de D-Wave. Quedan muchas dudas sobre lo que realmente pasa dentro de los chips de la empresa, muchas de ellas en las mentes de los propios físicos, ingenieros e informáticos de la misma. “Estamos construyendo este sistema empíricamente, no solo siguiendo la teoría”, explica Jeremy Hilton, el vicepresidente de D-Wave que dirige el desarrollo del procesador. Él y los demás ingenieros de la empresa no saben con certeza qué sucede dentro del chip, pero mientras cada diseño genere respuestas a los problemas propuestos, los detalles de la física cuántica que tiene lugar dentro de él pueden esperar a una validación retrospectiva.

Es una actitud que parece haber funcionado bien con los inversores, pero aún irrita a los académicos. “A nivel de ingeniería han hecho un montaje impresionante en varios sentidos”, afirma Scott Aaronson, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (en Estados Unidos) que estudia los límites de la computación cuántica. “Pero en términos de demostrar que están resolviendo problemas usando mecánica cuántica más rápido de lo que se lograría siguiendo la vía clásica, creo que aún no han llegado”. Feroz crítico de D-Wave en los años que siguieron a su demostración de 2007, Aaronson suavizó su postura el año pasado, después del artículo que la empresa publicó en la revista Nature en el que demostraba efectos cuánticos. “En el pasado había una brecha enorme entre las afirmaciones de marketing y la ciencia, y esa brecha se ha reducido pero sigue existiendo”, afirma Aaronson, quien visitó los laboratorios de la empresa en febrero. “Aún cargan con el peso de la demostración, todavía no lo han soltado”.

La mayor pega que pone Aaronson al diseño es que es posible que el sistema de D-Wave resuelva los problemas sin efectos cuánticos, en cuyo caso sería simplemente un ordenador convencional con un aspecto muy raro. Él y otros críticos afirman que a la empresa aún le queda por demostrar dos cosas: que sus qubits realmente introducen superposiciones y se enlazan, y que el chip proporciona una 'aceleración cuántica' en comparación con un ordenador clásico trabajando en el mismo problema. Por el momento la empresa no ha presentado pruebas de ninguna de las dos cosas en un foro profesional.

Rose afirma que D-Wave se encuentra trabajando en proporcionar pruebas del entrelazamiento y que tests recientes en los que se enfrentan a ordenadores clásicos demuestran que va por delante en la clase de problemas computacionales que está diseñado para resolver.

Aaronson también afirma que dado que el procesador de D-Wave está programado con código duro para un tipo concreto de problema, esto limitará la gama de problemas que podrá resolver. Además, el número relativamente pequeño de qubits que hay en el procesador en la actualidad significa que solo puede manejar series diminutas de datos. Usar trucos matemáticos para traducir un problema en la mejor forma para lidiar con esas limitaciones y revertir el proceso una vez que el chip de D-Wave haya proporcionado su respuesta podría producir retrasos significativos, sostiene Aaronson. Rose responde que un procesador cuántico será lo suficientemente rápido como para superar cualquier penalización de ese tipo y afirma que tiene a ingenieros trabajando en formas de traducir automáticamente el código de programación normal a lo que un chip de D-Wave necesita.

Que D-Wave satisfaga o no a Aaronson y a otros escépticos no importa necesariamente a inversores y empresas tecnológicas. Y es así porque en muchas áreas de los negocios, el poder de computación es crucial para mantener la ventaja competitiva, afirma Steve Jurvetson, socio de la firma de capital riesgo Draper Fisher Jurvetson, que ha invertido en D-Wave dos veces y lo denomina “la tecnología transformadora más singular” que haya financiado nunca. “Su campo de aplicación es cualquier aspecto en el que hayamos tenido que recurrir a la heurística [manera de buscar la solución de un problema mediante métodos no rigurosos] para resolver un asunto: agentes financieros, modelos moleculares, cualquiera en el comercio electrónico y los Googles y Microsofts del mundo”, continúa Jurvetson. Empresas como Lockheeed, Amazon y las grandes farmacéuticas son las más familiarizadas con los límites de los ordenadores personales y serán los primeros a la cola, afirma Jurvetson, pero los diseñadores de un nuevo coche o una nueva tienda electrónica también se podrían beneficiar de ello.

Las empresas y las agencias gubernamentales tienen otra motivación quizá más urgente para apostar por una start-up que tiene una idea atractiva pero algunos cabos sueltos preocupantes. Hay buenas razones para creer que el crecimiento exponencial de la potencia en computación al que hemos asistido en las últimas décadas se está acabando, afirma Bob Lucas, que dirige investigaciones sobre supercomputación o computación cuántica en la Universidad de Sur de California (EE.UU.), donde está instalado el ordenador D-Wave de Lockheed. Muchos de los avances en potencia de computación han procedido de que las conexiones en los chips no han parado de reducirse en tamaño año tras año. Intel, el principal fabricante de chips, está intentando hacerlos ahora de tan solo 14 nanómetros de anchura, pero las cosas no pueden ser mucho más pequeñas. “Estamos asistiendo a los 10 últimos años de crecimiento exponencial de la potencia clásica de computación y las alternativas a eso resultarán cada vez más interesantes”, sostiene Lucas. Añade que a través de sus experimentos en el sistema D-Wave de Lockheed ha pasado de ser “muy escéptico a cautamente optimista” sobre esta tecnología.

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