La computación cuántica utiliza tecnología especializada, incluido el hardware informático y los algoritmos que aprovechan la mecánica cuántica para resolver problemas complejos que los ordenadores clásicos o los superordenadores no pueden solucionar, o no pueden hacerlo suficientemente rápido.
En la actualidad, IBM Quantum pone a disposición de cientos de miles de desarrolladores hardware cuántico real, una herramienta que los científicos empezaron a imaginar hace tres décadas. Los ingenieros ofrecen procesadores superconductores cada vez más potentes a intervalos regulares, junto con avances cruciales en software y orquestación cuántica clásica. Este trabajo impulsa la velocidad y la capacidad de computación necesarias para cambiar el mundo.
Estas máquinas son muy diferentes de los ordenadores clásicos que han existido durante más de medio siglo. A continuación presentamos una introducción a esta tecnología transformadora.
La necesidad de contar con esta nueva tecnología
Cuando científicos e ingenieros se enfrentan a problemas difíciles, recurren a los superordenadores. Se trata de ordenadores clásicos muy grandes, a menudo con miles de núcleos de las tarjetas madre y procesadores clásicos capaces de ejecutar cálculos grandes e inteligencia artificial avanzada. Sin embargo, incluso los superordenadores son máquinas basadas en código binario que dependen de la tecnología de transistores del siglo XX.
Luchan por resolver ciertos problemas
Si un superordenador se queda perplejo, probablemente es porque a la gran máquina clásica se le pidió que resolviera una dificultad con un alto grado de complejidad. Cuando las computadoras clásicas fallan, a menudo se debe a la complejidad.
Los retos complicados son cosas con muchas variables que interactúan de forma complicada. Modelar el comportamiento de átomos individuales en una molécula es una dificultad grande, debido a que todos los electrones diferentes interactúan entre sí. Identificar patrones sutiles de fraude en transacciones financieras o nueva física en un supercolisionador también son asuntos difíciles. Hay algunas barreras que no sabemos cómo resolver con ordenadores clásicos a cualquier escala, sostienen los técnicos de IBM.
El mundo real funciona con física cuántica. Los ordenadores que realizan cálculos utilizando los estados de los bits cuánticos deberían ser, en muchas situaciones, nuestras mejores herramientas para entenderlos.
Rapidez de las máquinas de nuevo tipo
Veamos un ejemplo que muestra cómo las computadoras cuánticas pueden tener éxito donde la tecnología clásica falla:
Una máquina clásica puede ser excelente en tareas difíciles como clasificar una gran base de datos de moléculas. Pero tiene dificultades para resolver problemas más difíciles, como simular el comportamiento de esas
moléculas.
Hoy en día, si los científicos quieren saber cómo se comportará un átomo, deben sintetizarlo molecularmente y experimentar con esto en el mundo real. Si quieren saber cómo afectaría un pequeño ajuste, normalmente necesitan sintetizar la nueva versión y volver a ejecutar el experimento.
Se trata de un proceso caro y lento que impide el progreso en campos tan diversos como la medicina y el diseño de
semiconductores.
Un superordenador de los viejos podría intentar simular el desarrollo molecular con fuerza bruta, utilizando sus numerosos procesadores para explorar todas las formas posibles en que podría comportarse cada parte de la molécula. Pero a medida que pasa por delante de las moléculas más simples y directas disponibles, este se detiene.
Ninguna máquina tiene la memoria de trabajo para manejar todas las posibles permutaciones del comportamiento molecular mediante el uso de métodos conocidos.
Los algoritmos en esta tecnología adoptan un nuevo enfoque para este tipo de problemas complejos: la creación de espacios computacionales multidimensionales. Esto resulta ser una forma mucho más eficiente de resolver los retos como las simulaciones químicas.
El reto es integrar los nuevos métodos al trabajo.
No existe una buena manera de crear estos espacios computacionales con máquinas clásicas, lo que limita su utilidad sin computación cuántica. Los químicos industriales ya están explorando formas de integrar los métodos nuevos en su trabajo. Este es solo un ejemplo.
Las empresas de ingeniería, las instituciones financieras, las compañías navieras globales, entre otras, están explorando casos de uso en los que la nueva tecnología cuánticas podrían resolver problemas vitales en sus campos.
En el horizonte se vislumbra una explosión de beneficios de la investigación y el desarrollo cuánticos. A medida que se amplíe el hardware y avancen los algoritmos cuánticos, se resolverán muchos problemas importantes, como la simulación molecular.
Las computadoras cuánticas ayudarán en la investigación científica
Entrevista con el especialista de IBM, Francisco Anaya
¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos?
Los ordenadores actuales usan el sistema binario donde un bit es la unidad menor. El bit puede ser 0 o 1. Los quánticos: usan quantum bits (qubits) los cuales pueden ser de 0 y 1. La diferencia clave es que en estos últimos, los valores se superposicionan.
Una forma de ver esto gráficamente es una bodega de almacenamiento donde tienes un equipo de carga para mover el producto. Si usas las actuales computadoras, la colocacion en la bodega es de un solo nivel, pero en el quántico los cargadores son colocados uno encima del otro, es decir se superposicionan.
Las computadoras actuales hacen su procesamiento en forma secuencial, y aunque si pueden ejecutar varias operaciones en paralelo, esto no es común. Debido a ser secuencial el rendimiento de estos es limitado, es decir son más lentos que un ordenador cuántico.
Las nuevas máquinas pueden procesar varios estados de los qubits a la vez, debido a su superposición. No es necesariamente secuencial. Esto es lo que lo hace atractivo, ya que la velocidad de procesamiento crece exponencialmente.
¿Será más caro tener esta tecnología?
Sí, debido a la necesidad de enfriamiento y gasto de energía necesaria para poder abastecer el tipo de aplicaciones, en el cual el uso de un sistema de esta generación lo hace necesario.
Pueden aplicarse a tareas donde la velocidad y la cantidad de informacion es requerida, tal como la cryptografía, donde se necesita más rapidez para transformar la data de modo que no sea fácil de ser interceptada o decodificada por malos actores.
Se decía que en la medida en que se masificara el uso de computadoras, los costos se abaratarían ¿Qué pasó?
En realidad esto ha sucedido en general en el mundo, aunque en países como los nuestros los aranceles, comisiones y la corrupción incrementan el costo. Aunque ahora el almacenamiento es mucho más barato, se puede comprar un disco duro externo, o una memoria de flash de un terrabite por un precio accesible. El almacenamiento de información en la nube es el más barato.
- Francisco Anaya, es un informático salvadoreño, arquitecto de software de IBM por 42 años. En la actualidad ofrece diversas conferencias alrededor del mundo.
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