Dr. José Manuel Nieto Jalil
Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur
Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
Hoy en día son muchos los países y empresas interesados en dominar la llamada tecnología cuántica que, aseguran, promete transformar el mundo. Estados Unidos y China, por solo citar un par de ejemplos, ya contemplan en sus presupuestos una espléndida partida dedicada a desarrollar la Ciencia de la Información Cuántica. Las tecnologías cuánticas prometen una revolución en la forma como se procesa la información. Toda la información se codifica en un sistema binario, pero cerca de los años 60 se descubrió que el lugar donde se guarda esa información puede marcar diferencias en lo que se puede hacer con ella.
Google publicó en la revista “Nature” un artículo anunciando que había alcanzado la supremacía cuántica en septiembre de 2019. Según ellos, su computadora logró ejecutar cálculos que con una computadora clásica sería imposible.
Google había colocado su declaración en el portal de la NASA, pero lo retiró muy pronto cuando consideró que una tal noticia merecía ser publicada en un lugar de mayor prestigio.
El reporte apareció más tarde en la revista Nature con el título “Supremacía cuántica usando un procesador superconductor programable”. Ahí argumentaron que a su procesador le tomaba 200 segundos muestrear un paso en un circuito cuántico un millón de veces, mientras que a una supercomputadora clásica de última generación le tomaría 10 mil años hacerlo. Todo un logro. Google reclamaba haber alcanzado la supremacía cuántica. Por supuesto, los cuestionamientos fueron muchos y, entre otros, IBM argumentó que la supremacía cuántica se debe alcanzar con un dispositivo de propósito general y no con algo diseñado para una operación específica.
Según describen, su sistema cuántico programable llamado Sycamore tardó aproximadamente 200 segundos en ejecutar una tarea que la mejor de las supercomputadoras clásicas del mundo, la Summit, construida por IBM para el departamento de Energía de EU, le habría llevado completarla alrededor de 10 mil años.
Presumiblemente, es el mayor hito en la historia de la computación cuántica.
Aunque IBM niega que Google haya conseguido la supremacía cuántica y que en tan sólo 2.5 días podría realizar el mismo cálculo, la realidad es que todavía no han publicado una investigación que lo confirme.
Google lideraba la supremacía cuántica. Sin embargo, esta afirmación no estuvo exenta de polémica y muchas fueron las voces que afirmaron que el logro no era tan disruptivo. Ahora, investigadores chinos afirman que su computadora cuántica de 66 cúbits, Zuchongzhi, puede llevar a cabo un trabajo más complicado y en menos tiempo. El rendimiento de Zuchongzhi es indudablemente impresionante: consiguió terminar una tarea en 70 minutos, muy por debajo de los ocho años que tardaría el mejor ordenador clásico hasta la fecha, según afirman los autores.
Pero, ¿qué significa realmente y qué implicaciones tendrá para la ciencia y la tecnología? La diferencia entre una computadora cuántica y una convencional es su lenguaje: mientras que las computadoras convencionales conciben la información en instrucciones binarias de uno y cero, las partículas cuánticas pueden tener los dos estados al mismo tiempo, como el famoso gato de Schrodinger, vivo y muerto a la vez dentro de una caja.
Las partículas cuánticas, como los fotones, se comportan de modo extraño: por ejemplo, los electrones pueden encontrarse a la vez en varios lugares, hasta que se hace una medición, momento en el que se define su posición.
Esto implica que no existe una realidad independiente del observador, sino que es la propia observación la que define la realidad. Esto resulta muy difícil de aceptar, porque la realidad cotidiana que se puede observar no se rige por las mismas reglas.
Este resulta que una sola señal puede ser uno y cero al mismo tiempo, lo que supone que el potencial de albergar datos de cada bit cuántico (llamado qúbit) se amplía exponencialmente. Pero estos ordenadores cuánticos han sido más teoría que práctica desde hace décadas, a pesar de los esfuerzos de países y empresas muy importante del sector.
El objetivo de estas computadoras es realizar ciertas tareas mucho más rápido que las convencionales. Para lograr este objetivo, utilizan bits cuánticos o cúbits. A diferencia de los bits clásicos, que representan un uno o un cero, los cúbits pueden ser las dos cosas al mismo tiempo.
Esta propiedad, llamada superposición, se multiplica de manera exponencial a medida que los cúbits se enredan entre sí.
Cuanto más, más poderosa se vuelve una máquina cuántica. Eso sí, la tarea es extremadamente desafiante, ya que los cúbits deben llegar al cero absoluto para limitar vibraciones que provoquen fallos en los cálculos.
Aún queda mucho camino por recorrer antes de que las computadoras cuánticas se conviertan en una realidad práctica. Google ha pasado trece años en este proyecto y puede transcurrir otra década, siendo optimistas, antes de que estos ordenadores sirvan a la industria.
En la era del Big Data, los algoritmos y la inteligencia artificial, con millones y millones de datos circulando, esta tecnología cuántica es indispensable y supone un salto cualitativo y cuantitativo para la ciencia, en primer término, y para el ámbito empresarial después.
Pese a los posibles obstáculos para su construcción y su comercialización, estos dispositivos prometen aplicaciones muy valiosas. Los científicos ya están pensando en para qué pueden servirnos estos ordenadores cuánticos, entre las aplicaciones que ya se barajan se mencionan que se pueden usar para hacer algoritmos de inteligencia artificial más avanzados, intentar simular la inteligencia humana o la complejidad neuronal de nuestro cerebro, permitirá desarrollar nuevos fármacos, métodos de tratamiento óptimos según el paciente o estudiando estructuras de moléculas complejas.
De igual forma, permitirán simular las interacciones entre partículas, entre átomos directamente, adicionalmente permitirán el desarrollo de nuevos materiales, también se plantea el desarrollo de sistemas de cifrado mucho más seguros que los actuales (muy útil, para el sector bancario y el ejército), por sólo citar algunos ejemplos. Con todas estas potenciales aplicaciones, quien consiga la máquina cuántica que logre sustituir a la computadora convencional parece tener ante sí un gran abanico de posibilidades de negocio.
La computación cuántica tendrá enorme impacto en todas las industrias modernas: desde investigación y desarrollo científico, criptografía, comunicaciones, predicción meteorológica, diseño de medicamentos, análisis financiero, atención médica, agricultura, logística y optimización del desarrollo de productos, y defensa; industrias que ahora dependen del modelado computacional utilizando las supercomputadoras actuales.
Conseguirla marcará el comienzo de una nueva economía cuántica que resolverá muchos problemas, pero puede crear una brecha de conocimiento más profunda que la actual.
