COMPUTACIÓN CUÁNTICA: UNA NUEVA ERA PARA LA HUMANIDAD

Luis Andrés Colmenarez

Desde el oficinista en el banco revisando el estado de los mercados, el cajero del supermercado, usted leyendo esto desde su teléfono inteligente o su computadora de escritorio, todos estamos conectados al Internet y a la computación.

Viendo en retrospectiva cómo pasamos del telégrafo a la tecnología del GPS y el internet, pareciera que las computadoras actuales pueden hacerlo todo, desde almacenar grandes cantidades de información hasta pedir una cita para un corte de cabello. Sin embargo, no hay nada más alejado de la realidad.

Los que trabajamos en áreas relacionadas a la ciencia lo comprendemos. Por ejemplo, calcular la soluciones exactas de las ecuaciones que describen a un sistema cuántico de 20 partículas necesita aproximadamente 40 TB de almacenamiento; solo las mejores supercomputadoras del momento alcanzan esa capacidad. Esto implica que simular a nivel cuántico con exactitud, por ejemplo, el movimiento de los electrones en una molécula de azúcar es prácticamente imposible. Ni hablar de una mezcla más compleja como un metal que contiene millones de partículas.

Ciertamente, el desempeño de las computadoras crece exponencialmente según la ley de Moore. Sin embargo, hay ciertas limitaciones que impiden a la computadora llegar a un rendimiento ilimitado.

Las computadoras «clásicas» trabajan operando sobre bits. Un bit es una unidad que solo puede tener los valores 0 o 1. Cada operación implica convertir un 0 a un 1 o viceversa. Esta conversión toma un cierto tiempo que establece un tiempo mínimo para cualquier actividad. Incluso la más simple de las tareas, como multiplicar dos números, implica cientos o miles de estas operaciones sobre un gran número de bits. Un algoritmo como el de reconocimiento de voz implica miles de estas tareas.

Aunque parezca imposible superar las barreras físicas de la computación, hay un paradigma emergente que promete cambiarlo todo: la computación cuántica. En este nuevo esquema la pieza central es el cúbit, o bit cuántico, el cual puede tomar valores entre 0 o 1 debido al entrelazamiento cuántico. Un procesador cuántico puede convertir 0 a 1 de forma instantánea debido al carácter cuántico de los cúbits. Esta es la propiedad clave que haría una computadora cuántica mucho mas rápida que la mejor supercomputadora de hoy en día.

El problema con la realización de una computadora cuántica es que necesitan funcionar a temperaturas cercanas al cero absoluto y estar totalmente aisladas del exterior. De lo contrario, las propiedades cuánticas se desvanecen debido a la pérdida de coherencia del estado cuántico de los cúbits.

La computación cuántica es una nueva área de investigación que agrupa físicos, matemáticos, ingenieros y profesionales de la computación. Gigantes como Google, IBM y Microsoft tienen considerable inversiones y ya están en una carrera por crear la primera computadora cuántica del mundo.

El 23 de Octubre de 2019 fue publicado en la revista Nature un artículo por investigadores de Google donde claman haber alcanzado la llamada supremacía cuántica. En este reporte (Quantum supremacy using a programmable superconducting processor), un procesador cuántico compuesto de 53 cúbits realiza una operación en aproximadamente 200 segundos. Según los investigadores de Google, esta misma operación le tomaría a la mejor supercomputadora de hoy en día alrededor de ¡10 000 años!

Esto es un hito en la historia de la computación y la ciencia. Esta sería la primera vez que un procesador cuántico sobrepasa a cualquier procesador convencional en una tarea específica. Sin embargo, esta tarea es bastante simple. Este «chip cuántico» aún no puede hacer tareas complejas como reproducir una canción o almacenar información.

Siendo optimista, yo diría que faltan 30 o 40 años para ver computadoras cuánticas desempeñando actividades más sofisticadas, como predecir el clima a escala de meses o conduciendo automóviles. Sin duda alguna, estamos en el advenimiento de una nueva era de la computación y la humanidad misma.

 

LUIS ANDRES COLMENARES COMPUTACION CUANTICA PERSEALuis Andrés Colmenarez es estudiante de Doctorado Max Planck para la Física de Sistemas Complejos, Dresden, Alemania; Diplomado en Física de Materia Condensada (Centro International de Física Teórica ICTP, Trieste, Italia); Lic. en Física (Universidad de Carabobo, Valencia, Venezuela; IVIC, Caracas, Venezuela). Su usuario de Twitter es @colmenaluis, y en Instagram @landrescolmenarez

 

 

Otras entradas sobre física en la sección Matemáticas y Física Fundamental y en el episodio de Aguacast sobre física de partículas.

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4 Comentarios

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Iñigo Ximenoresponder
16/11/2019 en 4:47 pm

No obstante, a pesar del enorme avance que supone la computación cuántica, mientras no avancemos en los métodos y algoritmos de optimización, tampoco los computadores cuánticos nos servirán para simular mucho más que un puñado de moléculas.

Luis Andres Colmenarez
21/11/2019 en 9:20 pm
– En respuesta a: Iñigo Ximeno

Cierto, también hay problemas relacionados al software que no han sido resueltos. La corrección de errores es uno de ellos

trina Maciasresponder
15/11/2019 en 2:47 am

La verdad no se mucho de esto, pero creo que la idea de computación cuántica surge en 1981, cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación. Y veo según tu articulo que falta mas de 30 años para poder acceder a este nuevo paradigma de computación, pero con la fe y esperanza en dios que ese día va a llegar y se pondrá en practica y se resolverá muchos problemas de una manera rápida.

Luis Andrés Colmenarez
23/11/2019 en 8:29 pm
– En respuesta a: trina Macias

Es correcto, Benioff fue el primero en el área de la computación en pensar sobre una teoría cuántica de la computación. Aún falta mucho para una implementación práctica, pero los grandes inventos se hacen de pequeños avances. Hoy estamos viendo uno de esos pequeños pasos.

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