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La computación cuántica ya no es ciencia ficción
La computación cuántica ya no es ciencia ficción Página 3
La computación cuántica es ya una realidad y vamos a poder empezar a ver su impacto en
nuestra vida diaria en los próximos años
La computación cuántica ya no es ciencia ficción
La batalla para conseguir las baterías de la
automoción del futuro se libra en ordenadores
cuánticos
(1) https://www.opengovasia.com/articles/exclusive-a-conversation-on-the-current-state-of-quantum-computing-and-potentialapplications
Cuando hablamos de computación cuántica, parece que tratamos acerca de una tecnología de ciencia ficción - con un funcionamiento muy complejo y oscuro - de la que no seremos capaces de beneficiarnos hasta dentro de unas cuantas generaciones. Pero no es así. La computación cuántica es ya una realidad y vamos a poder empezar a ver su impacto en nuestra vida diaria en los próximos años. Tan es así, que, en una reciente entrevista, el Dr. Fitzsimons, uno de los investigadores más influyentes en computación cuántica, comparaba el estado actual de esta tecnología con el estado de la computación digital en 1950 1.
Teniendo en cuenta la exponencial velocidad de adopción tecnológica que estamos viviendo, todo apunta a que la computación cuántica será uno de los mayores disruptores de la era digital.
Pero, ¿qué es la computación cuántica? La computación cuántica es la construcción de ordenadores utilizando principios de física cuántica.
Mientras los ordenadores tradicionales emplean bits para representar la información utilizando dos estados, “0” o “1” (paso o no paso de corriente en los circuitos), los ordenadores cuánticos utilizan los denominados qubits que pueden representar un “0”, un “1”, o una superposición de estos dos estados, en la que el qubit está en “0” y en “1” a la vez. Esto ocurre porque a niveles subatómicos, las leyes físicas clásicas dejan de aplicar y las partículas empiezan a existir en varios estados al mismo tiempo: a esto se le llama superposición cuántica.
Es el principio detrás de la paradoja de Schrödinger, en la que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo. Solo “decide” si va a presentarse en un estado vivo o en un estado muerto cuando el científico abre la caja para observar el resultado.
Los qubits presentan comportamientos cuánticos, y su contenido es un valor superpuesto de 0 y 1.
0>
1>
Qubit (computación cuántica)
Los bits mantienen un único valor que puede ser 0 o 1.
0 1
Bit (computación tradicional)
Diferencias entre los bits y los qubits
La computación cuántica ya no es ciencia ficción
Otro concepto muy importante para la computación cuántica es el entrelazamiento cuántico, que es la propiedad que hace que dos partículas bajo determinadas condiciones se “sincronicen” y compartan el mismo estado.
Esto significa que dos qubits separados por millones de kilómetros podrían transmitirse información de forma instantánea, ya que, si el estado de uno de los qubit cambia, el otro qubit también cambiaría su estado.La computación cuántica utiliza estos fenómenos complejos y poco intuitivos para tratar información. En la práctica se traduce en que un ordenador de 50 qubits, que podría no parecer mucho, es capaz de calcular 250 estados simultáneos, una verdadera proeza. El mayor reto para la evolución de la computación cuántica actualmente radica en que los estados cuánticos necesarios para que los qubits puedan operar requieren condiciones muy especiales, con temperaturas inferiores a un grado kelvin y sin interferencias externas. Estas características a día de hoy son prácticamente imposibles de conseguir, ya que el simple hecho de confinar el qubit en un entorno aislado, ponerlo en las “posiciones” iniciales o medir el resultado del cálculo, requiere que interactuemos con los qubits, y estas interacciones hacen que los qubits dejen de mostrar comportamientos cuánticos. Es por esto que el tiempo que puede operar un ordenador cuántico a día de hoy es del orden de 0,0001 segundos 2, un tiempo que, aunque no deja de ser bastante bueno, se espera que mejore en el futuro.
Aun así, actualmente existen ordenadores con una capacidad computacional de 72qubits 3.
En la actualidad, conocidas empresas del sector tecnológico se encuentran inmersas en lo que se conoce como “la carrera cuántica”. Estas empresas, incluyendo grandes tecnológicas como IBM, Google, Microsoft, Nokia Bell Labs y Baidu, empresas de otros sectores como Airbus, Amgen y Biogen, y startups como D-wave y Rigetti, compiten por ser los pioneros en desarrollar
72 qubits Google, US
2018
12 qubits Institute for Quatum Computing Perimeter Insitute for Theiretucak Physics, and MIT
2006
2 qubits IBM, UC Berkeley, Standford University, and MIT, US
1998
2 qubits Oxford University, UK
1998
17 qubits IBM, US
2017
7 qubits Los Alamos
National Laboratory, US
2000
5 qubits Technical
University of Munich,
Germany
2000
17 qubits IBM, US
2017
Evolución temporal de la capacidad cuántica
el primer ordenador cuántico capaz de superar las capacidades de cómputo de los supercomputadores tradicionales actuales 4.
El principal obstáculo para el desarrollo de un ordenador cuántico a gran escala es la complejidad de asegurar que la información contenida en un qubit físico no cambie de forma imprevista.
La información cuántica es frágil y muy sensible a interferencias u otros tipos de ruido. Fluctuaciones aleatorias en las partículas pueden ocasionar cambios de estado en las unidades de información, haciéndola inservible. La mera interacción con el ordenador cuántico produce estas inestabilidades, lo que hace muy complejo realizar cálculos y recuperar los resultados de manera estable. La investigación actual se centra, por tanto, no en conseguir ordenadores cuánticos más grandes o más potentes, sino sistemas con tecnología de mayor calidad, de forma que se elimine o filtre lo máximo posible el ruido que inevitablemente se genera. Esto facilitaría la construcción de dispositivos de mayor capacidad.
Y ¿qué posibilidades de uso presenta un ordenador cuántico?
Una de las principales aplicaciones de esta tecnología está en la investigación para el refinamiento de modelos físicos y la simulación de todo tipo de moléculas, lo que permitirá descubrir nuevos materiales. De hecho, fabricantes de automóviles como Volkswagen o Daimler están apostando firmemente en este aspecto, logrando simular el comportamiento de moléculas industrialmente relevantes como litio-hidrógeno o cadenas de carbono, y trabajando para conseguirlo en compuestos más complejos, de forma que puedan ser capaces de imitar la estructura química de una batería de vehículo eléctrico. Con ello se podría simular el comportamiento de ésta, pudiendo investigar para lograr una mayor duración y un mejor rendimiento, con el objetivo de acabar con el dominio actual de Tesla.
Entrelazamiento cuántico
(2) https://www.infoq.com/articles/quantum-computing-applications-three (3) https://www.sciencenews.org/article/google-moves-toward-quantum-supremacy-72-qubit-computer
(4) https://www.ft.com/content/4b40be6c-0181-11e8-9650-9c0ad2d7c5b5
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Sin embargo, no es la única aplicación de la computación cuántica, la optimización de procesos es otra de las principales utilidades. Estos problemas son muy habituales en casi todos los campos en los que operan las empresas, por lo que las oportunidades de la computación cuántica son extraordinarias, al poder aprovechar la gran capacidad de procesamiento que tienen, permitiendo hacer simulaciones mucho más completas en menor tiempo. Con ello se pueden resolver problemas de mayor tamaño que actualmente son inviables, debido a los recursos que requieren para solucionarlos mediante computadores clásicos. Este aspecto es de especial importancia en logística donde optimizar la cadena de suministro es uno de los objetivos principales del sector.
La computación cuántica es capaz de realizar múltiples combinaciones que permiten resolver estos problemas logísticos de manera más eficiente que con computadores clásicos e incluso dar respuesta a problemas que actualmente no tienen solución, logrando mejorar desde escenarios más simples como planogramas o gestión de flotas, hasta grandes escenarios de todo el sistema como distribuciones regionales o cadenas de suministro globales consiguiendo una mejor planificación de las rutas.
Otra área de aplicación a optimizar son los riesgos de los portfolios de inversión. Mediante el uso de ordenadores cuánticos se puede tener un mayor control de aquellos inherentes a las carteras financieras, al poder simular distintos contextos que permitan conocer de manera certera las interconexiones entre los activos incluidos en ellas 5. Además, mediante el uso de ordenadores cuánticos se podría controlar diversos fraudes económicos, como el ocurrido en el llamado “Flash Crash” del 2010, cuando el Dow Jones se hundió 1000 puntos en tan solo cinco minutos provocado por la manipulación del mercado de tipo High Frequency Trading (HFT) debido al uso fraudulento de un programa automatizado que realizó grandes volúmenes de operaciones en microsegundos. La mayor capacidad de cómputo podría hacer que se evitasen estas circunstancias tan temidas por los mercados financieros gracias al gran número de estados simultáneos que es capaz de llevar a cabo.
A medida que se vaya popularizando su uso, se podrá aplicar en nuevos campos. Es por ello que esta tecnología está destinada a cambiar y mejorar muchos aspectos de nuestro día a día de un modo casi inimaginable.
Aún con todas estas ventajas, a mucha gente le preocupa que, debido a la masiva capacidad de computación de los ordenadores cuánticos, una gran parte de los sistemas criptográficos que aseguran la transmisión de información hoy en día quedarán obsoletos. Estos sistemas son los que se ocupan de evitar que personas no autorizadas puedan ver o modificar la información encriptada, por ejemplo,
gran parte de los datos que se envían y reciben de internet. Para ello se suelen utilizar claves secretas que solo conocen las personas autorizadas, y que una persona externa tardaría años en descubrir utilizando un ordenador tradicional, pero esta limitación de coste y tiempo podría dejar de ser un problema para los ordenadores cuánticos, comprometiendo una gran cantidad de información cifrada.
Sin embargo, ya se están comenzando a diseñar los primeros sistemas criptográficos resistentes contra tecnología de computación cuántica. Además, están surgiendo nuevos conceptos y aplicaciones muy interesantes como el “internet cuántico” 6, que sería una nueva forma de transmitir información de forma segura. China ya está realizando sus primeras pruebas con esta tecnología, la cual permite utilizar partículas subatómicas para transmitir información entre puntos distantes de manera inmediata y segura utilizando principios cuánticos. Con esta tecnología ya no sería necesaria la criptografía tradicional, y la transmisión de información sería inmediata.
Definitivamente, el futuro tecnológico tiene un tinte de lo más cuántico.
El futuro tecnológico tiene un tinte de lo más cuántico
(5) http://ieee-hpec.org/2017/techprog2017/index_htm_files/102.pdf
(6) https://www.wired.com/story/quantum-internet-is-13-years-away-wait-whats-quantum-internet/
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Autores
Fernando Cuenca MagalefDirector of Digital Emerging [email protected]
Enrique Sánchez SumozasConsultant in Digital Emerging [email protected]
Iván de Ramón IbáñezAnalyst in Digital Emerging [email protected]
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