Los problemas de la Computación Cuántica

La semana anterior, hablamos sobre la computación cuántica que está siendo desarrollada por algunos fabricantes. Han invertido millones de dólares para estudiar más a fondo y alcanzar un modelo que se pueda trabajar sin que sea tan costoso para el usuario final.

Como resumen, recordemos que la computadora actual trabaja con bits, cada uno de estos puede darnos dos respuestas binarias que son 0 o 1. La computadora cuántica, en cambio, trabaja con qubits que proporcionan respuestas binarias como 0, 1 y 0 y 1, es decir, pueden darnos dos respuestas a la vez. Si una computadora tiene dos bits, sabemos que la cantidad de respuestas que nos da es 4, mientras que una computadora cuántica nos da respuestas de 2n, es decir, si tiene dos qubits, su poder de respuesta es exponencial. Teniendo esto claro, podemos preguntarnos sobre el tiempo de desarrollo de estos equipos, pues nos trae mucha ilusión poder experimentarlos, pero existen todavía varias barreras que no se han podido superar.

¿Qué hace falta para que funcione la computación cuántica?

Los qubits, necesitan de una atmósfera específica que requiere de un gasto económico bastante alto y de espacio físico incomparable al que estamos acostumbrados con las portátiles de hoy en día. Uno de los mayores desafíos de la computación cuántica es el entorno atmosférico que necesitan los qubits. “Un sistema cuántico sólo puede permanecer en un estado cuántico cuando no está siendo perturbado, por lo que las computadoras cuánticas están diseñadas para entornos increíblemente fríos y únicos.” [1]

Los expertos de Altim, una consultora tecnológica francesa, explican que la temperatura de enfriamiento de los qubits debe ser menor que la del espacio exterior, es decir que tiene que estar a cientos de grados bajo cero para poder funcionar correctamente. La compañía Microsoft, sin embargo, declara que ellos están enfocados en el desarrollo de qubits topológicos, que son capaces de soportar el calor o el ruido eléctrico y permanecer en un “estado cuántico” por más tiempo, lo que los haría más prácticos y efectivos. [2] Otros equipos de fabricantes con catedráticos están trabajando en atrapar los qubits con materiales de silicona, el material tradicional de los chips, [3] que los haría entrar en una portátil, por ejemplo, y que se cree que podría permitir un viaje más tranquilo a la información que se comparte entre qubits .

Otros informáticos de la universidad de Oxford están buscando formas de unir “pequeñas computadoras cuánticas en vez de crear grandes computadoras con muchos qubits, [4] con el mismo objetivo de alcanzar a disminuir los gastos, reducir el ruido que afecta a la transmisión de información, y reducir el tamaño. Por otro lado, los qubits necesitan de un espacio físico grande, pero no se puede desarrollarlo, porque son costosos. Además, mientras más qubits, mayor es la probabilidad de error. [5] Adicionalmente, en un estudio más profundo a cerca del futuro de la computación cuántica, la consultora Altim, considera que además del espacio y la temperatura, se requiere una maquinaria adicional que pueda corregir y regular la temperatura correcta, conjuntamente de otros errores, que puedan asegurar el rendimiento de los qubits. [6]

Los fabricantes están en una constante lucha, ¿quién está tomando el camino correcto? Realmente, no podemos descubrir hoy en día cuál será la mejor solución y cuál fabricante será el vencedor de la guerra del desarrollo de los qubits, de lo que sí estamos seguros es de que existe un grande potencial de investigadores y estudiosos de la tecnología que están trabajando fuerte para el éxito de la computación cuántica.

¿Cuáles son los beneficios?

Al parecer, todo parece negro en esta tecnología. Vemos que tomará mucho tiempo y dinero para poder hacer avances relevantes, entonces ¿por qué estamos tan obsesionados en desarrollarla? Podemos fijarnos en los beneficios que traerá la computación cuántica. Principalmente, las computadoras con esta velocidad, en el ámbito de la salud, podrían acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos, realizar simulaciones de moléculas para las farmacéuticas, lo que ayudaría a desarrollar nuevos medicamentos más fácil y rápido. [7]

También, en el ámbito financiero, podrían ayudar a analizar todos los escenarios posibles y comparar riesgos y optimizar la cartera financiera. [8] Entre otras cosas, también podría ayudarnos a descifrar sistemas de seguridad criptográfica, diseñar nuevos materiales, modelar el cambio climático, sobrecargar la inteligencia artificial, [9] optimizar rutas de viaje y logística, reducir el tráfico, perfeccionar cadenas de suministros, etc. [10] La compañía Intel, apunta a que las computadoras cuánticas, “pueden simular la naturaleza para avanzar en la investigación en química ciencia de materiales y modelado molecular”. [11]

En el caso de Microsoft, existen ya dos casos prácticos, “dos ejemplos de clientes con los que están trabajando actualmente en soluciones de inspiración cuántica son Case Western Reserve University, a quienes ayudamos a mejorar la eficacia de las máquinas de imagen por resonancia magnética; Dubai Electricity and Water Authority, donde están diseñando la gestión de recursos de varias fuentes de energía.” [12] Podemos ver que los avances ya están siendo aprovechados por varias empresas grandes y que de verdad podrían ayudarnos a potencializar nuestro crecimiento y bienestar para nuestra generación y las futuras.

¿En qué punto estamos ahora?

Actualmente, físicos, informáticos e ingenieros de muchos fabricantes, están intentando diseñar cuatro tipos de computadoras cuánticas: “basados en partículas de luz, lámparas iónicas, qubits superconductores y centros de nitrógeno-vacantes en diamantes”. [13] Entre los líderes, se encuentran IBM, Google, Microsoft, Intel y la start-up Rigetti. [14] Intel, junto con la Universidad de Delft, en Holanda, están trabajando en la corrección de errores que derivan de la naturaleza de los estados cuánticos. [15]

Actualmente, en Delft, se trabaja con un máximo de 49 qubits, que, en teoría, “superan la capacidad de resolución de problemas a los super computadores más potentes de la actualidad” [16] Intel, ha logrado controlar los qubits a través de microondas con frecuencias específicas y, a través de los algoritmos adecuados, se pueden resolver los problemas de ruido que puede afectar la veracidad de los resultados de los qubits. [17] Por los demás, debemos esperar a tener más información y entender en qué punto esta el desarrollo de esta increíble tecnología.

Conclusión

Los avances no dejan muchas esperanzas, pero la resolución de problemas y desarrollo a la humanidad que traería una tecnología basada en los qubits es objetivamente sorprendente. A pesar de que todavía hay mucho trabajo por hacer, sabemos que tarde o temprano, los investigadores lanzarán una propuesta que no requiera cargar un objeto que tenga temperaturas bajo cero en nuestros portafolios de trabajo. Tenemos que esperar a ver cuál fabricante llegará primero con la mejor idea para conquistar el mercado tecnológico que nos espera.

Los problemas de la Computación Cuántica

¿Qué hace falta para que funcione la computación cuántica?

¿Cuáles son los beneficios?

¿En qué punto estamos ahora?

Conclusión

Bibliografía