Stephen Hawking una vez sugirió La afirmación de Albert Einstein de que “Dios no juega a los dados” con el universo estaba equivocada. En opinión de Hawking, el descubrimiento de la física de los agujeros negros confirmó que Dios no solo jugaba a los dados, “sino que a veces nos confunde arrojándolos donde no se pueden ver”.
¿Estamos aquí por casualidad o por diseño?
Un enfoque más pragmático de la pregunta, considerando el tema, sería suponer que todas las respuestas son correctas. De hecho, esa es la base de la física cuántica.
Esta es la explicación más simple de cómo funciona todo que jamás hayas leído: imagina lanzar una moneda y luego alejarte con la certeza de que cayó en cara o cruz.
Si observamos todo el universo y empezamos a acercarnos hasta llegar a las partículas más diminutas, veremos exactamente el mismo efecto en sus interacciones. O van a hacer una cosa u otra. Y, hasta que los observes, ese potencial permanece.
Con todo ese potencial que hay en el universo esperando ser observado, podemos construir computadoras cuánticas.
Sin embargo, como todas las cosas cuánticas, existe una dualidad involucrada en aprovechar los dados de Dios para nuestras propias necesidades humanas. Para cada proeza alucinante de la ingeniería cuántica que se nos ocurra, espere a leer sobre pinzas láser y cristales de tiempo — Necesitamos alguna tecnología conectada a tierra para controlarlo.
En realidad, no existe tal cosa como una “computadora puramente cuántica” y probablemente nunca la habrá. Todos son sistemas híbridos cuánticos-clásicos de una forma u otra.
Computación cuántica
El entrelazamiento es cuando dos o más partículas permanecen conectadas sin importar cuán separadas estén.
Comencemos con por qué necesitamos computadoras cuánticas. Las computadoras clásicas (o binarias, como se les suele llamar), del tipo en el que estás leyendo esto, completan objetivos resolviendo tareas.
Programamos las computadoras para que hagan lo que queremos dándoles una serie de comandos. Si presiono la tecla “A” en mi teclado, la computadora muestra la letra “A” en mi pantalla.
En algún lugar dentro de la máquina, hay un código que le dice cómo interpretar la pulsación de tecla y cómo mostrar los resultados.
Nuestra especie tardó aproximadamente 200.000 años en llegar tan lejos.
Aproximadamente en el último siglo, hemos llegado a comprender que la física newtoniana no se aplica a cosas a escalas muy pequeñas, como partículas, u objetos a escalas particularmente masivas, como agujeros negros.
La lección más útil que hemos aprendido en nuestro estudio relativamente reciente de la física cuántica es que las partículas pueden enredarse.
Las computadoras cuánticas nos permiten aprovechar el poder del entrelazamiento. En lugar de esperar a que se ejecute un comando, como hacen las computadoras binarias, las computadoras cuánticas pueden llegar a todas sus conclusiones a la vez. En esencia, son capaces de encontrar (casi) todas las respuestas posibles al mismo tiempo.
El principal beneficio de esto es tiempo. Una tarea de simulación u optimización que podría tardar un mes en procesar una supercomputadora podría completarse en meros segundos en una computadora cuántica.
lo mas comúnmente citado ejemplo de esto es el descubrimiento de fármacos. Para crear nuevos medicamentos, los científicos deben estudiar sus interacciones químicas. Es muy parecido a buscar una aguja en un campo interminable de pajares.
Hay casi infinitas combinaciones químicas posibles en el universo, clasificar sus reacciones químicas combinadas individuales es una tarea que ninguna supercomputadora puede hacer en un período de tiempo útil.
La computación cuántica promete acelerar este tipo de tareas y convertir en algo común los cálculos que antes eran imposibles.
Pero se necesita algo más que hardware caro y de última generación para producir estos resultados ultrarrápidos.
La computación cuántica híbrida ha entrado en el chat
La supercomputadora más poderosa del mundo es inútil sin software. Es lo mismo para las computadoras cuánticas.
Los sistemas híbridos de computación cuántica integran plataformas y software de computación clásica con algoritmos y simulaciones cuánticas.
Y, debido a que son ridículamente caros y en su mayoría experimentales, se accede a ellos casi exclusivamente a través de la conectividad en la nube.
De hecho, hay un conjunto completo de tecnologías cuánticas existen aparte de las computadoras cuánticas híbridas, aunque son la tecnología que recibe más atención.
En una reciente entrevista con Neural, el CEO de Caja de arenaAQ (una empresa hermana de Google bajo el paraguas de Alphabet), Jack Hidary, se lamentó:
Por alguna razón, los principales medios de comunicación parecen centrarse solo en la computación cuántica.
También hay detección cuántica, comunicaciones cuánticas, imágenes cuánticas y simulaciones cuánticas, aunque algunas de ellas también se superponen con la computación híbrida cuántica.
El punto es, como Hidary también le dijo a Neural, “estamos en un punto de inflexión”. La tecnología cuántica ya no es una tecnología de futuro lejano. Está aquí en muchas formas hoy.
Pero el alcance de este artículo se limita a las tecnologías de computación cuántica híbrida. Y, para eso, estamos enfocados en dos cosas:
- Sistemas de recocido cuántico
- Computadoras cuánticas basadas en puertas
¿Esto es para aquí o para llevar?
Los cristales de tiempo pueden ser el mayor descubrimiento científico de nuestras vidas.
Hay dos tipos de problemas en el mundo de la computación cuántica: problemas de optimización y… los que no son problemas de optimización.
Para el primero, necesita un sistema de recocido cuántico. Y, para todo lo demás, necesita una computadora cuántica basada en puertas… probablemente. Esos todavía están en las primeras etapas de desarrollo.
Pero compañías como D-Wave han estado construyendo sistemas de recocido cuántico durante décadas.
Así es como D-Wave describe el proceso de recocido:
El sistema comienza con un conjunto de qubits, cada uno en un estado de superposición de 0 y 1. Todavía no están acoplados. Cuando se someten a un recocido cuántico, se introducen los acopladores y los sesgos y los qubits se enredan. En este punto, el sistema está en un estado enredado de muchas respuestas posibles. Al final del recocido, cada qubit se encuentra en un estado clásico que representa el estado de energía mínima del problema, o uno muy cercano a él.
Así es como lo describimos aquí en Neural: ¿alguna vez has visto una de esas esculturas de pin art en 3D?
Crédito de la imagen: Wikimedia Commons
Eso es más o menos lo que es el proceso de recocido. Lo de la escultura pin art es la computadora y tu mano es el proceso de recocido. Lo que queda atrás es el “estado de energía mínima del problema”.
Computadoras cuánticas basadas en puertas, por otro lado mano, funcionar de manera completamente diferente. Son increíblemente complejos y hay varias formas diferentes de implementarlos pero, esencialmente, ejecutan algoritmos.
Estos incluyen el nuevo sistema experimental de vanguardia de Microsoft que, según una entrada de blog reciente, está casi listo para el horario de máxima audiencia:
El enfoque de Microsoft ha sido buscar un qubit topológico que tenga protección integrada contra el ruido ambiental, lo que significa que debería tomar muchos menos qubits para realizar cálculos útiles y corregir errores. Los qubits topológicos también deberían poder procesar información rápidamente, y uno puede colocar más de un millón en una oblea que es más pequeña que el chip de seguridad de una tarjeta de crédito.
E incluso los lectores de ciencia más casuales probablemente hayan oído hablar del asombroso avance del cristal del tiempo de Google.
El año pasado, aquí en NeuralEscribí:
Los ‘cristales de tiempo’ de Google podrían ser el mayor logro científico de nuestras vidas.
Un cristal de tiempo es una nueva fase de la materia que, simplificada, sería como tener un copo de nieve que constantemente va y viene entre dos configuraciones diferentes. Es un enrejado de siete puntas en un momento y un enrejado de diez puntas al siguiente, o lo que sea.
Lo sorprendente de los cristales de tiempo es que cuando van y vienen entre dos configuraciones diferentes, no pierden ni usan energía.
Diablos, incluso D-Wave, la compañía que puso el recocido cuántico en el mapa, tiene planes de introducir computación cuántica híbrida multiplataforma a las masas con un próximo modelo propio basado en puertas.
¿Qué sigue para la industria de la computación cuántica?
¿Cuántos físicos cuánticos hay? Nadie lo sabe, medirlos lo cambia todo.
La industria de la computación cuántica ya está prosperando. En lo que a nosotros respecta aquí en Neural, la corriente principal recién ahora está comenzando a percibir cómo será la década de 2030.
Como Bob Wisnieff, CTO de IBM Quantum, le dijo a Neural en 2019 cuando IBM presentó su primer sistema cuántico comercial:
Llegamos a estar en el lugar correcto en el momento correcto para la computación cuántica, este es un proyecto divertido… Este diseño representa un momento crucial en la tecnología.
Según Wisnieff y otros que construyen los sistemas informáticos cuánticos híbridos del mañana, la línea de tiempo desde la etapa experimental hasta la implementación total es muy corta.
Donde el recocido y sistemas de optimización cuántica similares han existido durante años, ahora estamos viendo la primera generación de modelos basados en puertas de ventaja cuántica venir al mercado.
Tal vez recuerdes haber leído sobre “supremacía cuántica” hace unos años. La ventaja cuántica es lo mismo pero, semánticamente hablando, es un poco más precisa. Ambos términos representan el punto en el que una computadora cuántica puede realizar una función determinada en un tiempo razonable que le tomaría demasiado tiempo a una computadora clásica.
La razón por la que la “supremacía” perdió popularidad rápidamente es porque las computadoras cuánticas se basan en computadoras clásicas para realizar estas funciones, por lo que tiene más sentido decir que brindan una ventaja cuando se usan en conjunto. Esa es la definición misma de computación cuántica híbrida.
En cuanto a lo que sigue? Es poco probable que vea un desfile de teletipos para la computación cuántica en el corto plazo. No habrá un iPhone de computadoras cuánticas, o un zeitgeist cultural que rodee el lanzamiento de un procesador en particular.
En cambio, como todas las grandes cosas de la ciencia, en el transcurso de los próximos cinco, 10, 100 y 1000 años, los científicos e ingenieros continuarán pasando la batuta de una generación a la siguiente mientras se paran sobre los hombros de gigantes para ver en el futuro.
Gracias a su trabajo continuo, en el transcurso de nuestras vidas es probable que veamos grandes mejoras en las redes eléctricas, una resolución a los conflictos de programación masiva, optimizaciones dinámicas de envío, simulaciones de química cuántica perfectas e incluso los primeros atisbos de tecnología del futuro lejano como como motores warp.
Estos avances tecnológicos mejorarán nuestra calidad de vida, extenderán nuestras vidas y nos ayudarán a revertir el cambio climático causado por el hombre.
La computación cuántica híbrida es, en nuestra humilde opinión aquí en Neural, la tecnología más importante que la humanidad se ha esforzado por desarrollar. Esperamos que se quede con nosotros mientras continuamos abriendo un camino de cobertura en la frontera de este nuevo y emocionante campo de la ingeniería.
