Más allá de lo que podemos imaginar en nuestro día a día, la tecnología sigue avanzando de manera vertiginosa. Como ejemplo tenemos la computación cuántica, que podría resolver operaciones que tomarían años a los equipos convencionales. Y ahora se habla de «supremacía cuántica»…

Las compañías tecnológicas, como Google e IBM, se han sumergido en una competencia para lograr la llamada supremacía cuántica. De hecho, recientemente Google anunció haberla logrado, una noticia que fue muy debatida, sobre todo, por parte de IBM. Pero ¿qué es la supremacía cuántica?, ¿qué implicaciones y beneficios tiene?

¿Qué es la supremacía cuántica?

computador cuántico Sobre

La supremacía cuántica es aquel momento en el que un ordenador cuántico logre resolver problemas imposibles para una computadora convencional en un tiempo razonable.

La supremacía cuántica se demuestra en una tarea de identificación de patrones en una serie de números aparentemente aleatorios. O mediante un muestreo de un sistema aleatorio. Las computadoras que realmente cuentan con las características cuánticas podrían producir una serie de muestras del circuito aleatorio que sigan la distribución correcta.

Cabe destacar que no todos los esfuerzos por construir un computador cuántico persiguen la supremacía cuántica. Sin embargo, esta marcaría un cambio en la historia de la computación. «La supremacía cuántica sería un avance fundamental en la forma en que vemos la computación», aseguró Adam Bouland, científico de la información cuántica de la Universidad de California en Berkeley.

No obstante, para hablar de supremacía cuántica es necesario comprender qué es un ordenador cuántico. Son computadoras cuyo sistema ya no utiliza los bits, sino cúbits. Eso implica que procesan la información de manera completamente diferente y les permite realizar múltiples cálculos simultáneamente.

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Cómo funcionan las computadoras cuánticas

¿Qué son los bits y los cubits? Los bits son las unidades mínimas de información que utilizan los ordenadores tradicionales. Tienen un valor de «0» o «1» con idéntica probabilidad. Por su parte, los cúbits (bits cuánticos) pueden ser 1 y 0 al mismo tiempo. Es decir, pueden existir en estados intermedios y puede ser manipulado arbitrariamente.

Estas computadoras deberían ser capaces de realizar operaciones por medio de dos fenómenos de la mecánica cuántica: la superposición y el entrelazamiento. La superposición afirma que un sistema físico existe en todos sus posibles estados teóricos de forma simultánea.

Por otro lado, el entrelazamiento explica que los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema. Es decir, las partículas (o datos) están entrelazadas e interactúan simultáneamente. Así, se puede conocer el estado de una según la otra sin importar su distancia.

Gracias a estas características, los ordenadores cuánticos son capaces de operar simultáneamente con una enorme cantidad de información. Algunos ordenadores cuánticos han funcionado durante varios años, pero no terminan de superar a los convencionales. El objetivo, por lo tanto, es construir una computadora con suficientes cúbits para resolver problemas como simular el comportamiento de moléculas. El desafío de estos sistemas es enorme: cuantos más cúbits haya, más difícil será mantener su estado cuántico.

La carrera por la supremacía cuántica

Computador cuántico Carrera

Son muchos los actores que le apuntan a desarrollar esta tecnología. Tanto Estados Unidos como China han destinado presupuestos para desarrollar la Ciencia de la Información Cuántica. Por ejemplo, China ordenó la construcción de un Laboratorio Nacional de Ciencias de Información Cuántica que se esperaba inaugurar en 2020.

Pero las empresas también están dentro de esta carrera. Google, IBM, Microsoft, Rigetti, IonQ e Intel han trabajado ya por un tiempo en la computación cuántica.

A finales del 2019, Google publicó en la revista Nature que había alcanzado la supremacía cuántica. La compañía aseguró que había ejecutado en 3 minutos y 20 segundos una operación que le hubiera costado 10 000 años al superordenador más potente. Es decir, que pudo hacer la tarea 1 500 millones de veces más rápido.

La prueba se hizo en un ordenador con 53 cúbits. Originalmente era de 54, pero uno de los cúbits no funcionó correctamente. Para probar el sistema, se diseñó una tarea de muestreo de números aleatorios y el ordenador cuántico logró calcular en un tiempo inimaginable.

Según detalla el artículo, esta sería la primera demostración de supremacía cuántica, bajo el concepto de que los ordenadores cuánticos podrían realizar tareas fuera del alcance de los convencionales. Se trata de un «hito en la computación de importancia comparable a los primeros vuelos de los hermanos Wright», destaca William Oliver, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts en el mismo artículo de Nature.

IBM refuta que se haya logrado la supremacía cuántica

No obstante, IBM puso en duda estas afirmaciones. La compañía considera que un superordenador basado en computación clásica podría realizar la misma tarea en dos días y medio. Incluso asegura que lo haría con mayor fidelidad. Sigue siendo un número mayor a 200 segundos, pero ya no estaría fuera del alcance de los ordenadores actuales. Por lo tanto, considera que no se ha alcanzado aún la supremacía cuántica.

La empresa asegura que ellos, en cambio, persiguen una «ventaja» cuántica.  Cabe resaltar que IBM ha diseñado ordenadores cuánticos con procesadores de 20 cúbits con uso comercial.

Cuándo llegará la supremacía cuántica

Supremacía cuántica cuando

Las computadoras cuánticas existen desde 1998. Hay distintos modelos, solo que ninguna hasta el momento ha logrado hacer algo distinto a una computadora tradicional. Algunos científicos estiman que para lograr la supremacía cuántica se requiere un circuito con entre 70 y 100 cúbits y una profundidad de 10. Si el circuito es más pequeño, es probable que un ordenador clásico todavía pueda imitarlo. Sin embargo, a medida que aumenta el número de cúbits, también aumenta la tasa de errores. Por ello, las investigaciones continúan.

Si Google alcanzó o no la supremacía cuántica, todavía es un objeto de debate, sujeto a una verificación que puede tomar cierto tiempo. Sin embargo, los indicios apuntan a que no se está muy lejos de conseguir la supremacía cuántica.

Más allá de eso, se debe comprender que las computadoras cuánticas no vienen a reemplazar los ordenadores tradicionales. En realidad, ambos ordenadores convivirán por un tiempo y es probable que muchas personas en sus hogares no lleguen a utilizar las computadoras cuánticas. Sin embargo, estos ordenadores sí serán beneficiosos para diferentes descubrimientos científicos.

Beneficios de la supremacía cuántica

Supremacía cuántica Aplicaciones

Al procesar la información de un modo diferente a las convencionales, las computadoras cuánticas serían capaces de resolver problemas que las demás no pueden. Sus beneficios se verán reflejados en varios ámbitos de la vida.

Gran parte de sus aplicaciones son, por el momento, «teóricas». Es decir, aplicaciones que se cree que se podrían lograr con ordenadores cuánticos lo suficientemente potentes.

Una de las aplicaciones más destacadas es la de hacer algoritmos de inteligencia artificial. Estos permitían intentar simular la inteligencia humana o la complejidad del cerebro. En general, las simulaciones complejas serían la aplicación ideal de una computadora cuántica.

Además, es ideal para problemas de aprendizaje automático. Gracias a ello, podría tener aplicaciones en medicina (búsqueda de tratamientos); química (estudiar moléculas complejas); criptografía; o la implementación del algoritmo de Grover (un algoritmo de búsqueda ultrarrápido).

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Los ordenadores cuánticos también podrían ayudar a desarrollar nuevos fármacos, al permitir simular las interacciones entre partículas y átomos. Esta misma cualidad permitiría desarrollar nuevos materiales, al conocer cómo manipular la materia microscópicamente. Entre estos materiales se encuentran baterías livianas para automóviles y aviones y nuevos catalizadores para producir fertilizantes de manera más eficiente.

También será útil en los mercados financieros. De hecho, podría ser una de sus primeras aplicaciones, pues permite el cálculo de riesgos. En la industria financiera se emplean algoritmos para muchos procesos de toma de decisiones.

Palabras finales

Se haya alcanzado la supremacía cuántica o no, lo cierto es que todavía queda un camino por recorrer para que los ordenadores cuánticos se conviertan en una realidad práctica. Las máquinas todavía son propensas a modificar información por pequeñas perturbaciones y todavía no son lo suficientemente potentes.

Aunque Google e IBM lleven la ventaja, en cualquier momento sus competidores pueden remontar en esta carrera. Lo cierto es que el potencial de la supremacía cuántica es gigante y los beneficios que traería son muy valiosos. Sus usos, todavía desconocidos en profundidad, podrían acelerar los resultados de importantes investigaciones.

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