Uno de los principales desafíos científicos de nuestro tiempo es la carrera por crear la primera computadora cuántica útil. En él participan miles de físicos e ingenieros. IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel están desarrollando sus conceptos. ¿Cómo cambiará nuestro mundo un potente dispositivo informático y por qué es tan importante?
Imagínese por un momento: se ha creado una computadora cuántica completa. Se ha convertido en un elemento familiar y natural de nuestras vidas. Ahora sólo se habla de cálculos clásicos en la escuela, en las lecciones de historia. En algún lugar profundo de sótanos fríos, poderosas máquinas funcionan con qubits para alimentar robots con inteligencia artificial. Realizan todas las tareas peligrosas y simplemente monótonas. Caminando por el parque, miras a tu alrededor y ves todo tipo de robots. Criaturas humanoides pasean perros, venden helados, reparan cables eléctricos y barren la zona. Algunos modelos reemplazan a las mascotas.
Tuvimos la oportunidad de revelar todos los secretos del Universo y mirar dentro de nosotros mismos. La medicina ha alcanzado un nuevo nivel: cada semana se desarrollan medicamentos innovadores. Podemos pronosticar y determinar dónde se encuentran recursos escasos como el gas y el petróleo. Se ha solucionado el problema del calentamiento global, se han optimizado los métodos de ahorro de energía y ya no hay atascos en las ciudades. El ordenador cuántico no sólo controla todos los coches robóticos, sino que también garantiza la libre circulación: supervisa la situación en las carreteras, adapta las rutas y, en caso necesario, asume el control de los conductores. Así es como podría ser la era cuántica.
Fiebre del oro cuántico
Las perspectivas de aplicación son asombrosas, por lo que las inversiones en desarrollos cuánticos aumentan cada año. El mercado mundial de la computación cuántica estaba valorado en 81,6 millones de dólares en 2018. Los expertos de Market.us estiman que para 2026 alcanzará los 381,6 millones de dólares. Es decir, aumentará una media del 21,26% anual de 2019 a 2026.
Este crecimiento está impulsado por el creciente uso de la criptografía cuántica en aplicaciones de seguridad y por las inversiones de las partes interesadas del mercado de la computación cuántica. A principios de este año, inversores privados habían financiado al menos 52 empresas de tecnología cuántica en todo el mundo, según un análisis de la revista científica Nature. Grandes actores como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel y D-Wave Systems están luchando por crear una computadora cuántica prácticamente aplicable.
Sí, siempre y cuando el dinero que fluye hacia esta área cada año represente un pequeño desembolso (en comparación con los 2018 millones de dólares de inversión en IA en 9,3). Pero estas cifras son significativas para una industria inmadura que aún no cuenta con indicadores de desempeño.
Resolviendo problemas cuánticos
Es necesario comprender que hoy en día la tecnología aún está en su infancia. Sólo fue posible crear prototipos de máquinas cuánticas y sistemas experimentales únicos. Son capaces de ejecutar algoritmos fijos de baja complejidad. La primera computadora de 2 qubits se creó en 1998 y la humanidad necesitó 21 años para llevar los dispositivos al nivel adecuado, la llamada "supremacía cuántica". Este término fue acuñado por el profesor de Caltech John Preskill. Y significa la capacidad de los dispositivos cuánticos para resolver problemas más rápido que las computadoras clásicas más poderosas.
La empresa californiana Google ha logrado un gran avance en este ámbito. En septiembre de 2019, la corporación anunció que su dispositivo Sycamore de 53 qubits completó un cálculo en 200 segundos que una supercomputadora de última generación tardaría 10 años en completar. La declaración causó mucha controversia. IBM no estuvo de acuerdo categóricamente con tales cálculos. La empresa escribió en su blog que su superordenador Summit podrá realizar esta tarea en dos días y medio. Y todo lo que se necesita es aumentar la capacidad de almacenamiento en disco. Aunque en realidad la diferencia no fue tan colosal, Google fue de hecho el primero en lograr la “supremacía cuántica”. Y este es un hito importante en la investigación informática. Pero nada más. La hazaña de Sycamore tiene únicamente fines de demostración. No tiene aplicación práctica y es inútil para resolver problemas reales.
El principal problema es el hardware. Mientras que los bits computacionales tradicionales tienen un valor de 0 o 1, en el extraño mundo cuántico, los qubits pueden estar en ambos estados al mismo tiempo. Esta propiedad se llama superposición. Los qubits son como peonzas: giran en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario, se mueven hacia arriba y hacia abajo. Si esto le resulta confuso, entonces está en una excelente compañía. Richard Feynman dijo una vez: "Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no la entiendes". Valientes palabras del hombre que ganó el Premio Nobel de... mecánica cuántica.
Por tanto, los qubits son extremadamente inestables y están sujetos a influencias externas. Un coche que pasa bajo las ventanas del laboratorio, el ruido interno del sistema de refrigeración, una partícula cósmica voladora: cualquier interferencia aleatoria, cualquier interacción perturba su sincronicidad y se decoheren. Esto es perjudicial para la informática.
La cuestión clave para el desarrollo de la computación cuántica es cuál de las muchas soluciones de hardware exploradas garantizará la estabilidad de los qubits. Quien resuelva el problema de la coherencia y haga que las computadoras cuánticas sean tan comunes como las GPU ganará el Premio Nobel y se convertirá en la persona más rica del mundo.
Camino a la comercialización
En 2011, la empresa canadiense D-Wave Systems Inc. fue el primero en vender ordenadores cuánticos, aunque su utilidad se limita a determinados problemas matemáticos. Y 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 qubit. Hasta el momento, 20 empresas han recibido este privilegio bajo un programa llamado Q Network. Entre ellos se encuentran el fabricante de equipos Samsung Electronics, los fabricantes de automóviles Honda Motor y Daimler, las empresas químicas JSR y Nagase, los bancos JPMorgan Chase & Co. y Barclays.
La mayoría de las empresas que hoy experimentan con la computación cuántica la ven como una parte integral del futuro. Su principal misión ahora es descubrir qué funciona en la computación cuántica y qué no. Y prepárese para ser el primero en introducir la tecnología en las empresas cuando esté lista.
Organizaciones de transporte. Volkswagen, junto con D-Wave, está desarrollando una aplicación cuántica: un sistema de control de tráfico. El nuevo programa permitirá a las organizaciones de transporte público y a las compañías de taxis de las grandes ciudades utilizar su flota de forma más eficiente y minimizar el tiempo de espera de los pasajeros.
Sector energético. ExxonMobil e IBM promueven el uso de la computación cuántica en el sector energético. Se centran en desarrollar una gama de nuevas tecnologías energéticas, mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La escala y la complejidad de los desafíos que enfrenta el sector energético están más allá del alcance de las computadoras tradicionales actuales y son muy adecuadas para realizar pruebas en computadoras cuánticas.
Compañías farmacéuticas. Accenture Labs se ha asociado con 1QBit, una empresa de software cuántico. En solo dos meses, pasaron de la investigación a la prueba de concepto: utilizaron 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 aportará esto a la sociedad? Medicamentos innovadores con los menores efectos secundarios.
Sector financiero. Las tecnologías basadas en los principios de la teoría cuántica atraen cada vez más el interés de los bancos. Están interesados en procesar transacciones, intercambios y otros tipos de datos lo más rápido posible. Barclays y JP Morgan Chase (con IBM), así como NatWest (con Fujitsu) ya están realizando sus experimentos en el desarrollo de software especializado.
La aceptación por parte de corporaciones tan grandes y el surgimiento de pioneros emprendedores de la tecnología cuántica dice mucho sobre la viabilidad comercial de la tecnología cuántica. Ya estamos viendo cómo se aplica la computación cuántica a problemas del mundo real, desde mejorar la eficiencia energética hasta optimizar las rutas de los vehículos. Y lo que es más importante, el valor de la tecnología aumentará a medida que se desarrolle.
Fuente: habr.com