Jim Clark, director de hardware cuántico de Intel, con uno de los procesadores cuánticos de la empresa. Foto; Intel
- Las computadoras cuánticas son una tecnología extremadamente interesante que promete crear poderosas capacidades informáticas para resolver problemas que antes eran intratables.
- Los expertos dicen que IBM ha liderado el camino en la computación cuántica, razón por la cual Google, Intel, Microsoft y una serie de nuevas empresas están bajo su influencia.
- Los inversores se sienten atraídos por las nuevas empresas de computación cuántica, incluidas IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems y Rigetti, que podrían alterar el mercado.
- Sin embargo, hay un problema: las computadoras cuánticas modernas generalmente no son tan poderosas ni tan confiables como las supercomputadoras actuales, y también requieren condiciones especiales para iniciarse y arrancar.
En enero, IBM causó sensación cuando anunció el IBM Q System One, la primera computadora cuántica del mundo disponible para empresas. El dispositivo estaba alojado en una elegante caja de cristal con un volumen de 9 pies cúbicos.
Se trata de un hito importante para los ordenadores cuánticos, que todavía se encuentran en los laboratorios de investigación. Según IBM, los compradores ya están buscando tener en sus manos esta tecnología, que se muestra prometedora en una variedad de áreas: química, ciencia de materiales, fabricación de alimentos, aeroespacial, desarrollo de medicamentos, pronóstico del mercado de valores e incluso cambio climático.
IBM Q Sistema Uno. Foto: IBM
La razón del entusiasmo es que una computadora cuántica tiene propiedades aparentemente mágicas que le permiten procesar exponencialmente más información que un sistema convencional. Una computadora cuántica no es sólo una computadora muy rápida; más precisamente, es un paradigma informático completamente diferente que requiere un replanteamiento radical.
El ganador en la carrera tecnológica será la empresa que aproveche las oportunidades que brinda esta tecnología. IBM, Microsoft, Google y otros gigantes tecnológicos, así como startups, están apostando por esta tecnología.
Business Insider preguntó al vicepresidente de estrategia y ecosistema de IBM Q, Bob Sutor, sobre cómo hacer que estos sistemas sean accesibles para las personas: ¿Cómo accederán las personas a ellos? ¿Cómo pueden muchas personas aprender a utilizar computadoras cuánticas para realizar sus tareas?
Hay pocas posibilidades de ver computadoras cuánticas en la oficina en el corto plazo. Los expertos con los que hablamos creen que, a pesar de estar disponible para IBM, pasarán otros cinco a diez años antes de que la computación cuántica realmente llegue a la corriente principal. Actualmente, IBM Q System One solo está disponible como servicio de computación en la nube para clientes seleccionados. Pasará algún tiempo antes de que la gente pueda comprar algo como esto y ponerlo a funcionar para sus propios fines.
De hecho, los expertos dicen que las computadoras cuánticas son muy prometedoras, pero están lejos de ser producidas en masa. Son extremadamente frágiles y requieren condiciones especiales para funcionar. Además, los ordenadores cuánticos actuales no son tan fiables ni tan potentes como los que ya tenemos.
"Creemos que en unos diez años, una computadora cuántica cambiará tu vida o la mía", dijo a Business Insider Jim Clark, director de hardware cuántico de Intel. — De hecho, ahora sólo estamos en la primera milla del maratón. Eso no significa que no estemos preocupados por ello".
¿Qué es una computadora cuántica?
Bill Gates dijo una vez que las matemáticas detrás de la cuántica estaban más allá de su comprensión, pero no todos estuvieron de acuerdo.
"Es un poco erróneo pensar que la física cuántica es física y que es demasiado complicada", explica a Business Insider Chris Monroe, director ejecutivo y cofundador de IonQ. “Lo que lo hace incomprensible para mucha gente es que es incomprensible, pero es tan incomprensible para mí como lo es para usted”. Si algo puede estar en superposición, significa que puede estar en dos estados al mismo tiempo. Es extraño porque no experimentamos esto en el mundo real".
Las computadoras que utilizamos muestran datos como una cadena de unos o ceros llamada código binario. Sin embargo, una computadora cuántica puede representar datos como 1, 0 o, lo más importante, ambos números al mismo tiempo.
Cuando un sistema puede estar en más de un estado al mismo tiempo, se llama "superposición", una de las propiedades aparentemente mágicas de la computación cuántica. El otro principio clave aquí es el "entrelazamiento", que es una propiedad cuántica que permite que dos partículas se muevan en perfecta sincronización, sin importar qué tan lejos estén físicamente.
Como explica En Scientific American, estas dos cualidades se combinan para crear una computadora que puede procesar muchos más datos simultáneamente que cualquier sistema en el mercado actual.
La potencia de una computadora cuántica se mide en qubits, la unidad de medida básica en una computadora cuántica. Así como las computadoras modernas tienen procesadores de 32 o 64 bits (una medida de la cantidad de datos que pueden procesar a la vez), una computadora cuántica con más qubits tiene significativamente más potencia de procesamiento.
Dentro de una computadora cuántica. Foto: IBM
El cielo es el limite
Todo esto significa que una computadora cuántica puede resolver problemas que antes estaban limitados por la potencia informática.
Por ejemplo, una computadora cuántica podría resolver de manera tosca el famoso problema del viajante, un problema computacional complejo que requiere encontrar la ruta más corta entre varias ciudades antes de regresar a casa. Suena simple, pero si lo miras matemáticamente, encontrar el camino óptimo se vuelve más difícil a medida que agregas más ciudades a su ruta.
Del mismo modo, una computadora cuántica podría resolver los problemas más complicados y que consumen más tiempo, examinando cantidades masivas de datos financieros, farmacéuticos o climáticos para encontrar soluciones óptimas. De hecho, la startup cuántica D-Wave ya está colaborando con Volkswagen para analizar patrones de conducción y examinar cantidades masivas de ruido para llegar al fondo de las cosas.
Se discute su utilidad en el campo de la criptografía. Una computadora cuántica es capaz de dominar un método de cifrado diferente de un cifrado conocido anteriormente, lo que le permite descifrar fácilmente incluso secretos de estado. Hay un gran interés por parte de los gobiernos globales en esta útil característica, mientras que los activistas temen que la llegada de la computación cuántica pueda destruir la privacidad.
problema de fisica
"Debido a que la computación cuántica aún está en sus primeras etapas, hay mucha información que aún no se ha demostrado", afirmó Matthew Briss, vicepresidente de I+D de Gartner. "Pero los compradores ya están buscando aplicaciones para determinar las ventajas competitivas de la computación cuántica para sus negocios", afirma.
A pesar de todo el revuelo, los expertos creen que las computadoras cuánticas están tan lejos de liderar el camino como lo estaban las PC en la década de 1950. Por supuesto, están ganando impulso, pero lentamente.
"La computación cuántica se puede comparar con un tren que se mueve lentamente", dijo a Business Insider Brian Hopkins, vicepresidente y analista principal de Forrester. "Si se mueve una pulgada por segundo, en un mes ya habrá superado las dos pulgadas por segundo". Muy pronto empezará a moverse más rápido".
El gran problema ahora es que una computadora cuántica no puede hacer nada que una computadora clásica no pueda hacer. La industria espera con ansias el momento llamado supremacía cuántica, en el que las computadoras cuánticas irán más allá de las limitaciones actuales.
"Cuando los clientes acuden a nosotros, lo principal que nos dicen es que no les importa qué modelo sea, siempre y cuando sea útil para su negocio", dice el analista Briss. — No existe ningún modelo que pueda superar a los algoritmos clásicos. Realmente necesitamos esperar hasta que el hardware de la computadora cuántica comience a mejorar”.
Katie Pooley, investigadora de IBM, examina el criostato que ayuda a las computadoras cuánticas a mantener bajas sus temperaturas. Foto: Andy Aaron, IBM
El gran problema sigue siendo la falta de potencia informática. Se supone que la supremacía cuántica requerirá una computadora con una potencia de 50 qubits. Aunque este hito se ha logrado en el laboratorio, no es permanente y no puede sostenerse. De hecho, los qubits pueden estar sujetos a errores y ser inestables, lo que genera problemas con su generación y reduce su potencial.
Otro factor importante es más material. Las computadoras cuánticas deben estar completamente aisladas de su entorno para funcionar y requieren temperaturas muy bajas. Incluso las vibraciones más pequeñas pueden hacer que los qubits colapsen, sacándolos de la superposición, del mismo modo que un niño que golpea una mesa hace que las monedas que giran caigan sobre la mesa.
Los ordenadores cuánticos anteriores, como el IBM Q System One, son tan voluminosos que las condiciones necesarias de aislamiento y refrigeración se convierten en un verdadero desafío. Este problema se ve agravado por la escasez de componentes necesarios: cables superconductores y refrigeradores de baja temperatura. Están en grave escasez.
En última instancia, esto significa que, aunque el conocimiento está mejorando y la tecnología avanza, la computación cuántica todavía no es factible en la práctica.
"Uno de los desafíos de mi grupo de trabajo es manipular materiales, silicio y metales, para que podamos crear un entorno muy homogéneo", dijo Clark de Intel. - Esta es básicamente la mejor tecnología de semiconductores. Las tecnologías que necesitamos para crear computación cuántica a escala aún no existen”.
Otro problema es que las computadoras cuánticas tienen el innegable potencial de proporcionar una potencia informática imprevista. Sin embargo, no hay mucha gente en este mundo que realmente tenga experiencia en programación u operación de estos sistemas, y los compradores potenciales están fascinados tratando de descubrir cómo usarlos realmente.
La gran carrera cuántica
Los analistas dicen que IBM lidera actualmente la carrera de la computación cuántica gracias a la limitada disponibilidad comercial del IBM Q System One. Debido a que se accede a través de la nube, IBM puede mantener estas condiciones especiales para mantener esta computadora cuántica en funcionamiento y al mismo tiempo permitir que clientes selectos la utilicen.
"Creo que [la computadora cuántica de IBM] está rockeando", dijo el analista Briss. "Creo que el modelo de computación cuántica como servicio es el modelo correcto". Al ponerlo en un contenedor y tratarlo específicamente, realmente están tratando de mejorar su calidad”.
Sarah Sheldon y Pat Gumann de IBM están trabajando en un refrigerador de disolución que enfría computadoras cuánticas. Foto: IBM
Al mismo tiempo, los analistas señalan que cualquiera de los actores de este mercado puede lograr en cualquier momento un gran avance que le permita salir adelante, y que esta sigue siendo una rivalidad necesaria.
Los diferentes gigantes de TI abordan este problema de manera diferente. Intel, IBM, Google y la startup de computación cuántica Rigetti están construyendo sistemas basados en circuitos superconductores, impulsados por supercomputadoras de última generación.
está adoptando un enfoque completamente diferente y quizás más arriesgado al intentar crear un qubit mejor. El qubit topológico que Microsoft está intentando crear fragmenta electrones para almacenar información en varios lugares a la vez, haciéndola más estable y menos propensa a la destrucción. Es menos robusto que lo que sus competidores están tratando de construir, pero el resultado sería un gran paso adelante para todo el campo de la computación cuántica, dijo el analista Hopkins.
"Están en un riesgo y mucha gente piensa que nunca tendrán éxito", dijo Hopkins.
En el lado más aventurero, empresas emergentes como IonQ y D-Wave están apostando por tecnologías de vanguardia como la captura de iones y el recocido cuántico. En pocas palabras, están intentando de diferentes maneras lograr un mayor rendimiento y estabilidad de cada qubit, utilizando métodos completamente nuevos.
"Esto nos permite construir una computadora cuántica que resuelve problemas complejos y progresa continuamente al hacerlo", dijo a Business Insider Mark Johnson, vicepresidente de diseño y desarrollo de procesadores y productos cuánticos en D-Wave.
Un científico cuántico de IBM camina por el Centro de Computación IBM Q en el Centro de Investigación Thomas J. Watson en Yorktown Heights, Nueva York. Foto: Connie Zhou para IBM
Startups cuánticas
El auge de la computación cuántica ha provocado una ola de interés de los inversores en nuevas empresas relacionadas. Robert Sutor de IBM estima que hay alrededor de 100 empresas emergentes de software, hardware e incluso consultoría cuántica en todo el mundo. Esto es pequeño en comparación con el enorme mercado de startups, pero mucho más grande que antes.
"He estado en este espacio durante mucho tiempo, desde el principio", dijo Monroe de IonQ. — Durante mucho tiempo estuvo en sus inicios, hasta hace 5-8 años llamó la atención y atrajo enormes inversiones. Quedó claro que había llegado el momento”.
Chris Monroe, director ejecutivo y cofundador de la startup de computación cuántica IonQ. Foto de : IonQ
Algunos, como Rigetti, están dispuestos a enfrentarse cara a cara con los titanes de la tecnología con sus propios chips cuánticos y sofisticados sistemas de computación cuántica.
"Es el núcleo de nuestro negocio", dijo a Business Insider Betsy Masiello, vicepresidenta de producto de Rigetti. — Hay muchas empresas en el espacio cuántico que están trabajando en aplicaciones de software en el campo de la computación cuántica. Producimos microchips y construimos sistemas informáticos”.
Matthew Kinsella, director general de Maverick Ventures, se muestra optimista en el campo de la computación cuántica. Su empresa ha llegado incluso a invertir en ColdQuanta, una empresa que fabrica equipos utilizados en sistemas cuánticos. Él espera que las computadoras cuánticas superen a los sistemas actuales dentro de cinco a diez años. Maverick Ventures apuesta por el largo plazo.
“Realmente creo en la computación cuántica, aunque puede pasar más tiempo de lo esperado antes de que una computadora cuántica sea mejor que una computadora tradicional para resolver problemas cotidianos. Probablemente veremos los beneficios de las computadoras cuánticas para resolver problemas a pequeña escala en los próximos años”, dijo Kinsella.
Laboratorios de sistemas 2000Q de D-Wave. Foto de : D-Wave
Kinsella, al igual que los analistas con los que hablamos, espera el llamado "invierno cuántico". Puede que haya mucha expectación en torno a las computadoras cuánticas, pero la gente se está haciendo ilusiones, advierten los expertos. Las máquinas aún no son perfectas y pasarán años antes de que los inversores vean resultados.
En perspectiva
Incluso más allá de la supremacía cuántica, los expertos aseguran que todavía hay lugar para los ordenadores y superordenadores tradicionales. Hasta entonces, todavía quedan cuestiones de costo, tamaño, confiabilidad y potencia de procesamiento que resolver antes de que podamos discutirlo.
"Necesitamos tomar un respiro", dijo el analista Briss. "Están sucediendo muchas cosas interesantes en esta área que requieren tiempo". Es un conglomerado de física, informática y, francamente, análisis científico. No tendríamos que estudiar esto si supiéramos todas las respuestas, pero hay mucho trabajo de investigación por delante".
Computadora cuántica Rigetti. Foto de : Rigetti
Sin embargo, para muchos está claro que este es el futuro. Al igual que los fabricantes de la primera computadora central no se dieron cuenta de que esto eventualmente conduciría a más teléfonos inteligentes del tamaño de la palma de la mano. Una computadora cuántica podría ser el primer paso en un camino completamente nuevo.
Pocos, como el vicepresidente de gobierno corporativo de Microsoft, Todd Holmdahl, son lo suficientemente optimistas como para decir que hoy en día podría ser más importante que la inteligencia artificial y el aprendizaje automático. Solía decirles a sus hijos que deberían hacer lo que les apasiona y que siempre podrían conseguir un trabajo en inteligencia artificial. Ahora dirá lo mismo sobre la computación cuántica.
“Esta es un área que se desarrollará. Necesitamos gente que lo llene y evite que se desvanezca”, dijo Holmdahl. "Desempeña un papel importante en nuestra generación, dándonos la oportunidad de crear cosas asombrosas en el futuro".
Fuente: habr.com