Computación Cuántica: La nueva revolución tecnológica...

Computación cuántica: Una revolución masiva se nos avecina...

• POR PETER DIAMANDIS
• FECHA OCT 10, 2016

El próximo año podría presenciar el lanzamiento del primer (y verdadero) computador cuántico.
Las implicaciones serán asombrosas.
Este artículo tiene como objetivos responder a tres preguntas:
1. ¿Qué es la computación cuántica ?
2. ¿ Cuáles son sus implicaciones/ repercusiones / consecuencias?
3. ¿Quiénes están trabajando para desarrollarla?

¿ Qué es la computación cuántica?

La ley de Moore (o el crecimiento exponencial de la potencia de los circuitos integrados) en realidad hace referencia al quinto paradigma de la computación. He aquí una lista de las tecnologías subyacentes: (1) Electromecánica; (2) Tubos de vacío; (3) relés o relevadores (Relay); (4) Transistores; y (5) Circuitos integrados (chips o microchips).
Las computadoras cuánticas bien podrían ser el sexto paradigma, dado que funcionan de una manera completamente diferente a las computadoras “clásicas”.
Las computadoras convencionales desarrollan sus operaciones utilizando los clásicos “bits” (éstos pueden estar en solo uno de dos estados -0- ó -1- ).
Por otro lado, las computadoras cuánticas utilizan los llamados "quantum bits," o "qubits”, que gracias a un principio denominado superposición cuántica, pueden tener valores de -0-, -1-, o ambos a la vez “0 y 1”.
Esta capacidad les permite resolver ciertos tipos de problemas complejos que resultan imposibles para las computadoras clásicas.
El poder de los qubits está, precisamente, en que pueden escalar exponencialmente. Por ejemplo, una máquina de dos qubit permite 4 cálculos/cómputos simultáneos; una máquina de tres qubits puede realizar 8 cálculos/cómputos, una máquina de cuatro qubits te da 16 cálculos/cómputos, simultáneamente.
En el momento que alcancemos máquinas de 300 qubits, tendríamos computadoras que podrían realizar tantos cálculos/cómputos simultáneos, como átomos hay en el universo.
Es por eso que el blog TechTarget describe la computación cuántica de la siguiente manera: “Desarrollar la computación cuántica, si es plausible, podría significar un salto hacia adelante en la capacidad informática muchísimo mayor del que existe entre el ábaco y las supercomputadoras de hoy día, con una ganancia de desempeño miles de millones de veces a la actual (y más)”.

¿Cuáles son sus implicaciones/repercusiones/consecuencias?

Las implicaciones/repercusiones/consecuencias de una verdadera computación cuántica se ubican en la escala de lo “asombroso”, con un impacto extraordinario en la sociedad.

He aquí las 5 aplicaciones más significativas:

1. Aprendizaje Automático o Machine Learning: La mayoría del aprendizaje de máquina se relaciona con “reconocimiento de patrones”, es decir, algoritmos procesando grandes cantidades de datos para encontrar “señales en el ruido”, y el objetivo es maximizar el número de comparaciones realizadas entre los datos para encontrar el mejor modelo que describa esos datos. Con la computación cuántica, seríamos capaces de hacer todo esto “órdenes de magnitud” más efectivamente. Las computadoras cuánticas nos permitirán procesar muchísimos más datos en paralelo, simultáneamente, y todas las permutaciones de los datos, para descubrir los mejores patrones que la describen. Todo esto nos llevará, fundamentalmente, a formas poderosas de I.A. (inteligencia artificial), mucho más rápido de lo que esperábamos. La computación cuántica causará un punto de inflexión positiva en la velocidad a la cual se desarrollarán las I.A.

2. Medicina: la computación cuántica también nos permitirá simular o modelar complejas interacciones moleculares, a nivel del átomo. Esto resulta particularmente importante en la investigación médica y el desarrollo de nuevos medicamentos. Pronto, seremos capaces de simular/modelar todas las proteínas codificadas en el genoma humano (más de 20,000) y se inciará con la simulación de sus interacciones con modelos de drogas/fármacos existentes, o nuevos fármacos (que no han sido inventados aún). Basados en el análisis de éstas interacciones farmacológicas, seremos capaces de encontrar curas para enfermedades incurables; y acelerar la salida al mercado de nuevos medicamentos. Utilizando simulaciones en computadores cuánticos será la forma que diseñaremos y escogeremos nuestra siguiente generación de fármacos y tratamientos contra el cáncer.

3. Química (y Cambio Climático): ¿Preocupado a cerca de la crisis climática? ¿Se preguntan qué podríamos hacer al respecto ? La computación cuántica podría ser nuestra nueva herramienta lo que ocurre y cómo combatirlo. Nos permitirá encontrar soluciones basadas en simulaciones informáticas; quizá nos ayudará a diseñar nuevos catalizadores, que capturen el dióxido de carbono de la atmósfera y lo transforme en un producto nuevo y valioso a bajo costo (o energía útil).

4. Ingeniería y Ciencia de los Materiales: Al poder realizar simulaciones de interacciones a nivel atómico, con los computadores cuánticos, seríamos capaces de explorar e inventar mejores materiales y otros totalmente nuevos. Podríamos desarrollar mejores superconductors, mejores magnetos/imanes; crear materiales que nos permitirían crear baterías con más altas densidades, y así por el estilo. Desde el año 2011, el gobierno federal de Estados Unidos ha dedicado un presupuesto de 250 millones de dólares para la iniciativa del Genoma de los Materiales, en un esfuerzo para “descubrir, manufacturar, y llevar al uso cotidiano”, materiales más avanzados, el doble de rápido y a una fracción del costo.

5. Biomimesis, Sistemas Energéticos y Fotovoltáicos: Muchos científicos creen que la mayor parte del mundo en el que vivimos está construido en base a sistemas cuánticos. Procesos como la fotosíntesis, por ejemplo, están muy probablemente, basados en sistemas de mecánica cuántica. Por lo tanto, cuando observamos el mundo natural lo hacemos en busca de inspiración para construir mejores sistemas energéticos y materiales más resistentes, y sólo nos podremos dar cuenta, al completo, del potencial de todos éstos procesos, al simularlos en computadores cuánticos. Lo que llevará a muchos avances y descubrimientos en este campo.

6. Última Línea: Cuando la computación cuántica se desarrolle, seremos capaces de controlar “los bloques de construcción” del mismo universo. La pregunta será ¿Quién accederá a esa tecnología primero?…

¿ Quiénes están trabajando en desarrollar computación cuántica?

Existe una carrera (para demostrar algo llamado –supremacía cuántica- ).
La supremacía cuántica es, esencialmente, la prueba que validará que la computadora que has desarrollado, de hecho, es una computadora cuántica.
En los Estados Unidos, existen tres grandes competidores, actualmente:
1. Google
2. IBM
3. Rigetti Computing, una startup de Silicon Valley.

Y tal vez hay un cuarto competidor (D-Wave Systems, que han desarrollado microchips con qubits, pero éstos no han demostrado aún, de forma concluyente que operen como computador cuántico.)
Tanto Rigetti Computing, como Google estiman que alcanzarán la “supremacía cuántica” en los próximos 12 a 18 meses.
Pensemos en esto: “en uno o dos años”…
La revolución vendrá muy rápido.
Para poner todo ésto en perspectiva, hemos entrevistado a Chad Rigetti, el gerente general (CEO) de Rigetti Computing.
Abajo mostramos una fotografía de la computadora “clásica” más ponderosa del planeta, Tianhe-2 en Guangzhou, China.
https://s30.postimg.org/sx2fkqpzl/Tianhe_2.jpg
Image credit: Sam Churchill/Flickr
Costó $400 millones.
Dicha computadora comsume cerca de 20 megawatts de electricidad (suficientes para abastecer a 20,000 hogares).
Y es del tamaño, aproximado, de la mitad de un campo de fútbol, con cerca de 3.2 millones de procesadores (chips).

El president Obama, en un intento por devolver a Estados Unidos la supremacía en la computación de alto desempeño, declaró que Estados Unidos construirá una computadora a exoescala, 30 veces más poderosa que la Tianhe-2, para el año 2020.

El problema es el siguiente: “Con la tecnología actual, costar miles de millones de dólares y requerirá una planta nuclear para abastecerla de energía ”The problem is this: With current technology, it will cost a billion dollars and will require a nuclear power plant to run the supercomputer.
“Necesitamos hacer ésto,” nos explica Chad Rigetti. “Pero hay otro camino. La computación cuántica.”

https://s30.postimg.org/xpxlx9drl/D_Wave.png
Sistemas computacionales cuánticos en desarrollo. Image credit: Rigetti Computing
Los cilindros blancos, del tamaño de una persona adulta, son sistemas de enfriamiento, y dentro de cada uno hay un solo procesador cuántico (chip cuántico).

En éstas máquinas de hoy, hay procesadores cuánticos de 5 qubits.
La parte asombrosa: Un solo procesador cuántico con cerca de 50 ó 60 qubits, tendría más potencia que toda la Tianhe-2, como escribimos anteriormente, del tamaño de medio campo de fútbol…
Esto es lo que la computación cuántica desencadenará.
Rigetti está desarrollando muy rápidamente los circuitos integrados cuánticos, y la plataforma de software que permitirá a los desarrolladores “crear” sobre toda esa estructura de hardware y software.
Junto con los esfuerzos de Google, IBM, D-Wave, y muchas otras compañías y laboratorios de investigación alrededor del mundo, nos estamos aproximando muy rápidamente, a la revolución de la computación cuántica.
¡ Estén preparados !.