Tras décadas de bombo y titulares, parece que los ordenadores cuánticos por fin están a punto de demostrar su superioridad sobre las computadoras convencionales. Aunque no está claro exactamente cuándo sucederá. Además, pasará algún tiempo antes de que estas máquinas mágicas tengan un impacto notable en nuestras vidas.

El punto a partir del cual una máquina cuántica debería ser capaz de realizar cálculos demasiado complejos para cualquier máquina convencional, un hito conocido como "supremacía cuántica", se cree que está en los 49 cúbits, el equivalente cuántico de los bits que representan 1 o 0 en una computadora convencional.

Los investigadores de Google parecen liderar la carrera para lograr la primera máquina de 49 cúbits (ver Google promete alcanzar la supremacía cuántica antes de que acabe el año). Pero a principios de esta semana, los investigadores del laboratorio de investigación cuántica de IBM en Nueva York (EEUU), demostraron que es posible modelar el comportamiento de un ordenador cuántico más allá del hito de los 49 cúbits mediante varias astutas técnicas matemáticas. IBM también permite a los programadores experimentar con sus computadoras cuánticas a través de una plataforma en la nube llamada IBM Q.

Foto: Dos científicas de computación cuántica de IBM, Hanhee Paik (izquierda) y Sarah Sheldon, examinan una de las máquinas de la compañía. Crédito: IBM

El investigador de IBM Bob Wisnieff, que fue partícipe del nuevo trabajo de simulación, explica: "No creemos que haya un solo punto de referencia o indicador para medir la capacidad de un ordenador cuántico. Estamos buscando activamente métodos que demuestren que las máquinas cuánticas superan a los sistemas clásicos".

Una computadora cuántica necesitará mucho más de 49 cúbits para ser realmente útil. El mejor indicador será abordar problemas reales, y sigue sin estar claro cuándo será posible, aunque se está acumulando impulso.

Para superar lo que las computadoras convencionales pueden lograr al procesar la información en forma de bits convencionales, los ordenadores cuánticos explotan la naturaleza contraintuitiva y probabilística de la física a escala atómica y subatómica. Al aprovechar la superposición y el entrelazamiento cuánticos, conceptos que desconcertaron y perturbaron a Einstein, estas máquinas pueden hacer cálculos de una forma fundamentalmente diferente, llevando a cabo operaciones enormemente complejas a velocidades que de otro modo serían inconcebibles (ver 10 Tecnologías emergentes 2017: Ordenadores cuánticos funcionales).

A pesar de las idas y venidas para medir la capacidad de un ordenador cuántico, el consenso entre los expertos es que alcanzar 49 cúbits seguiría representando un paso significativo. "Cualquier sistema con muchos cúbits vale la pena, porque para llegar a 1.000 ó 1.000.000 de cúbits primero tenemos que lidiar con 100 cúbits", afirma el profesor de la Universidad de Maryland (EEUU) Christopher Monroe, que estudia la teoría de la información cuántica. La simulación de componentes cuánticos juega un papel importante para impulsar el progreso hacia sistemas más complejos, ya que no siempre es práctico probar el comportamiento de un diseño con hardware real.

Tanto Google como IBM están desarrollando sus máquinas mediante circuitos superconductores enfriados a temperaturas extremas. IBM ha anunciado una máquina de 17 cúbits, y se rumorea que Google ya tiene otra de 22 cúbits, aunque la compañía todavía no lo ha confirmado oficialmente.

Foto: Chip de 16 cúbits de IBM. IBM

A medida que compiten por construir las primeras computadoras cuánticas prácticas, los investigadores también se esfuerzan por desarrollar las herramientas de software que harán que estas máquinas sean útiles. Además de la plataforma en la nube de IBM, Google y una start-up llamada Rigetti Computing anunciaron esta semana un software para convertir simulaciones químicas a una versión compatible con un ordenador cuántico. Este nuevo software, llamado OpenFermion, está disponible de forma gratuita y está diseñado para funcionar con otras computadoras cuánticas, incluida la de IBM.

La química y la ciencia de los materiales son el primer objetivo de la computación cuántica porque la tecnología podría ofrecer una manera de modelar las interacciones de los átomos a niveles completamente nuevos de complejidad (ver Los químicos podrían ser los primeros en beneficiarse de los ordenadores cuánticos).

Monroe dice que iniciativas como IBM Q y OpenFermion resultarán cruciales para abrir camino a potenciales aplicaciones de la tecnología a medida que esta se va escalando. El experto detalla: "Creo que en los próximos cinco a diez años tendremos máquinas de más de 100 cúbits disponibles para cualquiera, y será entonces cuando se encuentren aplicaciones útiles. Mi intuición es que sólo se encontrarán aplicaciones cuánticas útiles una vez que construyamos máquinas cuánticas que puedan ser utilizadas por las personas que conocen los problemas difíciles en logística, mercados económicos, reconocimiento de patrones y modelado de materiales".

Está creciendo el interés en torno a si las computadoras cuánticas también podrían ser útiles para el aprendizaje automático, aunque el también profesor de la Universidad de Maryland Andrew Childs, dice que esto sigue siendo un desafío abierto. El investigador afirma: "Hay mucho alboroto sobre el aprendizaje automático cuántico y creo que es un área muy interesante, pero sus promesas no están nada claras".

El profesor de la Universidad de Texas en Austin (EEUU) y director de su Centro de Información Cuántica, Scott Aaronson, dijo en una publicación reciente en un blog que el artículo de IBM sobre la supremacía cuántica no disminuía la importancia del objetivo de supremacía cuántica de Google. En respuesta por correo electrónico a MIT Technology Review, Aaronson también advirtió que el hito sin duda atraerá una exageración considerable. "Por supuesto, existe el riesgo de que la supremacía cuántica se sobrevalore y se malinterprete. En este campo, ¿cuándo no ha pasado?", critica el experto.