Uno de los principales desafíos científicos de nuestro tiempo es la carrera por crear la primera computadora cuántica útil. Miles de físicos e ingenieros están involucrados en esto. Sus conceptos están siendo desarrollados por IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel. ¿Cómo cambiará el mundo este potente dispositivo de cálculo y por qué es tan importante?
Imagina por un momento: se ha creado una computadora cuántica plenamente funcional. Se ha convertido en un elemento habitual y natural de nuestra vida. Ahora solo se habla de cálculos clásicos en la escuela, en las clases de historia. En algún lugar profundo de frías cárceles, potentes máquinas operan con qubits para mantener el funcionamiento de robots equipados con inteligencia artificial. Ellos realizan todas las tareas peligrosas y sencillamente monótonas. Mientras paseas por el parque, miras a tu alrededor y ves todo tipo de robots. Seres humanoides pasean perros, venden helados, reparan cableados eléctricos, barren el área. Algunos modelos reemplazan a las mascotas.
Hemos obtenido la oportunidad de revelar todos los secretos del universo y mirar dentro de nosotros mismos. La medicina ha alcanzado un nuevo nivel: se desarrollan nuevos medicamentos cada semana. Podemos pronosticar y determinar dónde se encuentran los recursos escasos, como gas y petróleo. Se ha resuelto el problema del calentamiento global, se han optimizado los métodos de ahorro energético, y ya no hay congestión en las ciudades. La computadora cuántica no solo controla todas las máquinas robóticas, sino que también garantiza el libre flujo: monitorea la situación en las carreteras, ajusta las rutas y toma el control de los conductores si es necesario. Así podría ser la era cuántica.
La fiebre del oro cuántica
Las perspectivas de aplicación son impresionantes, por lo que las inversiones en desarrollos cuánticos crecen cada año. El mercado global de computación cuántica se valoró en 81,6 millones de dólares en 2018. Los especialistas de Market.us pronostican que para 2026 alcanzará los 381,6 millones de dólares. Es decir, crecerá a un ritmo promedio del 21,26% anual desde 2019 hasta 2026.
Este crecimiento está impulsado por el uso creciente de la criptografía cuántica en aplicaciones de seguridad y se debe a las inversiones de los interesados en el mercado de la computación cuántica. A principios de este año, según un análisis de la revista científica Nature, los inversores privados han financiado al menos 52 empresas de tecnologías cuánticas en todo el mundo. Grandes jugadores como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel y D-Wave Systems están trabajando en la creación de una computadora cuántica prácticamente aplicable.
Sí, mientras que los fondos que fluyen a este campo anualmente representan costos relativamente bajos (para poner en perspectiva: en 2018, las inversiones en IA alcanzaron los 9,3 mil millones de dólares). Pero estas cifras son significativas para una industria inmadura que aún no puede presumir de indicadores de eficacia.
Resolución de problemas cuánticos
Es importante entender que, hasta el día de hoy, la tecnología aún se encuentra en su fase inicial. Solo se han creado prototipos de máquinas cuánticas, unas pocas sistemas experimentales. Son capaces de ejecutar algoritmos fijos de complejidad limitada. La primera computadora de 2 qubits fue creada en 1998, y la humanidad tardó 21 años en llevar los dispositivos al nivel adecuado, conocido como "superioridad cuántica". Este término fue introducido por el profesor del Instituto Tecnológico de California, John Preskill. Y significa la capacidad de los dispositivos cuánticos para resolver problemas más rápido que las computadoras clásicas más poderosas.
Un avance en este campo fue realizado por la empresa californiana Google. En septiembre de 2019, la corporación afirmó que su dispositivo de 53 qubits, Sycamore, realizó un cálculo en 200 segundos que llevaría 10,000 años al superordenador más avanzado. La declaración generó mucha controversia. En IBM, no están de acuerdo con esos cálculos. En su blog, la compañía escribió que su superordenador Summit podría realizar tal tarea en 2.5 días. Y todo lo que se necesita es aumentar la capacidad del almacenamiento. Aunque en realidad la diferencia no resultó ser tan colosal, Google realmente fue el primero en alcanzar la
El principal problema es el hardware. Si los bits de computación tradicionales tienen un valor de 0 o 1, entonces en el extraño mundo cuántico, los qubits pueden estar en ambos estados simultáneamente. Esta propiedad se llama superposición. Los qubits son como trompos que giran: giran al mismo tiempo en sentido horario y antihorario, se mueven hacia arriba y hacia abajo. Si encuentras esto confuso, estás en buena compañía. Richard Feynman una vez dijo: "Si crees que entiendes la mecánica cuántica, entonces no la entiendes". Palabras audaces de un hombre que recibió el Premio Nobel por... mecánica cuántica.
Así que los qubits son extremadamente inestables y son susceptibles a perturbaciones externas. Un coche pasando por la ventana del laboratorio, el ruido interno del sistema de refrigeración, una partícula cósmica volando... cualquier perturbación aleatoria, cualquier interacción interfiere con su sincronización y se decoheren. Esto es fatal para los cálculos.
La cuestión clave para el desarrollo de la computación cuántica es cuál de las soluciones de hardware examinadas garantizará la estabilidad de los qubits. Quien resuelva el problema de la pérdida de coherencia y haga que las computadoras cuánticas sean tan comunes como los procesadores gráficos, ganará el Premio Nobel y se convertirá en la persona más rica del mundo.
El camino hacia la comercialización
En 2011, la empresa canadiense D-Wave Systems Inc. fue la primera en vender computadoras cuánticas, aunque su utilidad está limitada a ciertos problemas matemáticos. En los próximos meses, millones de desarrolladores podrán comenzar a utilizar procesadores cuánticos a través de la nube: IBM promete brindar acceso a su dispositivo de 53 qubits. Actualmente, 20 empresas han obtenido este privilegio como parte de un programa llamado Q Network. Entre ellas se encuentran el fabricante de tecnología Samsung Electronics, los fabricantes de automóviles Honda Motor y Daimler, las empresas químicas JSR y Nagase, y los bancos JPMorgan Chase & Co. y Barclays.
La mayoría de las empresas que hoy experimentan con la computación cuántica la consideran una parte integral del futuro. Su misión principal ahora es descubrir qué funciona en la computación cuántica y qué no. Y estar preparadas para implementar la tecnología en el negocio tan pronto como esté lista.
Organizaciones de transporte. Volkswagen, en colaboración con D-Wave, está desarrollando una aplicación cuántica: un sistema de gestión del tráfico. Este nuevo programa permitirá a las organizaciones de transporte público y a las compañías de taxis en grandes ciudades utilizar su flota de manera más eficiente y minimizar el tiempo de espera de los pasajeros.
Sector energético. ExxonMobil e IBM están promoviendo la aplicación de la computación cuántica en la energía. Se centran en el desarrollo de una serie de nuevas tecnologías energéticas, aumentando la eficiencia energética y reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero. La magnitud y complejidad de los problemas que enfrenta el sector energético exceden las capacidades de las computadoras tradicionales actuales y son idóneas para ser probadas en cuántico.
Empresas farmacéuticas. Accenture Labs colabora con 1QBit, una empresa desarrolladora de software cuántico. En solo 2 meses, pasaron de la investigación a la validación de conceptos, aplicando una aplicación para modelar interacciones moleculares complejas a niveles atómicos. Gracias al poder de la computación cuántica, ahora es posible analizar moléculas más grandes. ¿Qué significará esto para la sociedad? Medicamentos innovadores con menos efectos secundarios.
Sector financiero. Las tecnologías basadas en principios de la teoría cuántica están atrayendo cada vez más el interés de los bancos. Ellos buscan procesar transacciones, operaciones y otros tipos de datos lo más rápido posible. Barclays y JP Morgan Chase (con IBM), así como NatWest (con Fujitsu), ya están llevando a cabo experimentos para desarrollar software especializado.
La adopción por parte de grandes corporaciones y la aparición de pioneros cuánticos emprendedores son señales de la viabilidad comercial de la cuántica. Ya estamos viendo cómo se aplican la computación cuántica a problemas del mundo real, desde la mejora de la eficiencia energética hasta la optimización de rutas de transporte. Y lo importante es que el valor de la tecnología crecerá a medida que se desarrolle.
Fuente: habr.com
