En un ensayo, la máquina hizo en poco más de 3 minutos un cálculo que habría necesitado 10.000 años en los superordenadores actuales
Xavier Duran
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Hacer en 3 minutos y 20 segundos lo que habría costado 10.000 años. Esto es lo que han conseguido científicos de Google con un ordenador cuántico, según explican en un artículo publicado en la revista "Nature" .
Hace cerca de un mes se filtró un versión previa del artículo y IBM, que compite con Google en esta carrera , comenzó a poner en duda que el trabajo fuera realmente tan impactante como se decía. Ahora ya se ha publicado y está totalmente abierto al escrutinio científico.
Los ordenadores cuánticos son un enfoque completamente diferente de la informática actual. Los ordenadores actuales se basan en el sistema binario . El bit, la unidad de información, sólo se puede encontrar en dos estados: 0 o 1. La combinación de miles de microprocesadores trabajando en paralelo permite realizar operaciones a gran velocidad.
Los ordenadores cuánticos aportan una característica peculiar: no sólo hay el 0 y el 1, sino una superposición de los dos valores . Ya no hablamos de bits, sino de qubits o bits cuánticos . Se basan en las propiedades de la física cuántica, la que rige en el mundo subatómico y que a menudo choca con la lógica de nuestro mundo macroscópico, pero que tiene numerosas aplicaciones en la vida cotidiana y en la industria . Recordemos la paradoja del gato de Schrödinger , que encerrado en una caja está vivo y muerto a la vez hasta que no lo comprobamos.
El equipo dirigido por John Martinis, físico experimental de la Universidad de California y de Google, describe en su artículo los cálculos realizados por su ordenador cuántico, llamado Sycamore -sicòmor, una especie de árbol. Consta de 53 qubits y el trabajo que le encargaron fue un cálculo de probabilidades con un sistema de generación aleatoria de números. Las posibilidades eran 2 53 , es decir, 2x2x2x2 ... hasta 53 veces.
Después comprobaron los resultados obtenido con una simulación. Por ello utilizaron el superordenador Summit , en estos momentos el más potente del mundo, que se encuentra en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Livermore (California). Tiene unos 40.000 microprocesadores, cada uno con miles de millones de transistores, y es capaz de hacer 200 billones de operaciones por segundo.
Según los investigadores de Google, el cálculo que ellos hicieron en poco más de tres minutos, los ordenadores actuales necesitarían 10.000 años.
Esto fue objeto de debate cuando IBM conocer la versión previa del artículo. La empresa manifestó que si se plantean bien los algoritmos para hacer los cálculos y se aprovechan mejor las posibilidades de los superordenadores, el problema se resolvería en dos días y medio. Pero no ha aportado ningún artículo donde lo demuestre. En todo caso, sería un tiempo muy superior a los 200 segundos que ha dedicado el Sycamore.
Como los hermanos Wright
Pero el mérito del nuevo ordenador cuántico no se encuentra sólo en el hecho de que haya hecho este cálculo con rapidez, sino en la demostración de la viabilidad de estas máquinas . Es un pequeño paso para un ordenador, pero un gran salto para la informática. No hay que pensar que en pocos años los ordenadores cuánticos serán una realidad tangible y extendida, pero sí el camino que lleva es consistente.
En un comentario publicado en el mismo número de "Nature" , William D. Oliver, del Massachussets Institute of Technology, hace una comparación con los primeros vuelos de los hermanos Wright . El título es "La computación cuántica levanta el vuelo" y al final del texto Oliver recuerda que estos primeros aviones "no proclamaron la adopción generalizada de los aeroplanos ni marcaron el principio del fin de otros sistemas de transporte". Pero sí demostraron la viabilidad de fabricar una máquina más pesada que el aire y autopropulsada que pudiera volar. El primer vuelo de los Wright duró mucho menos de los 200 segundos que Sycamore tardó en hacer sus cálculos, manteniendo el delicado equilibrio de sus qubits.
Las aplicaciones del ordenador cuántico
Y qué se puede esperar de estos ordenadores? Como aumentarán de manera espectacular la velocidad de cálculo, podrán resolver con mucho menos tiempo cualquiera de los problemas que hoy se plantean a los superordenadores: diseño de nuevos materiales o de nuevas sustancias, estudio del mecanismo de acción y del efecto de nuevos fármacos , modelos climáticos más precisos y avances en cualquier campo -y eso los incluye prácticamente todos- en que sea necesario llevar a cabo cálculos complejos.
El campo que genera más expectativas, sin embargo, es el de la criptografía y la seguridad informática . Para encontrar una clave de acceso se suelen utilizar números primos -los divisibles sólo por ellos mismos y por la unidad- con un gran número de cifras. Pero muchos ordenadores actuales son capaces de encontrar estas contraseñas y trenzar los códigos de seguridad. Con el ordenador cuántico se podrían generar claves prácticamente imposibles de descifrar. Y esto tendría mucha importancia también en las criptomonedes , que necesitan sistemas de seguridad muy elaborados y complejos.
Por eso, todo el mundo se beneficiará de los ordenadores cuánticos, pero no es probable que en pocas décadas tengamos en caso a, como empezó a pasar los años 80 con el ordenador personal. El tendrán grandes empresas e instituciones y los que no poseen podrán alquilarlos unas horas o días o bien enviar sus problemas para que los resuelvan.
Pero como no se trata de una evolución de los actuales ordenadores sino de una tecnología disruptiva -un camino totalmente nuevo-, resulta imprevisible prever qué resultará. Del mismo modo que los hermanos Wright no pudieron prever los vuelos "low cost".
El ordenador cuántico en Cataluña
El artículo en "Nature" ha publicado poco después de que se diera a conocer un acuerdo entre Microsoft y el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) para ampliar su colaboración en el desarrollo de un ordenador cuántico.
Microsoft ha establecido sus Quantum Lab en varios lugares del mundo. El Microsoft Quantum Materiales Lab de Copenhague (Dinamarca) trabajando en el desarrollo de nuevos materiales para la construcción de dispositivos cuánticos. Y concretamente investiga el diseño de unas estructuras que permiten generar unas partículas llamadas fermiones Majorana.
El Grupo de nanoscopios Electrónica Avanzada del ICN2, dirigido por el profesor de investigación ICREA Jordi Arbiol, aportará su experiencia en microscopía electrónica y espectroscopias para hacer mediciones y análisis de la compleja estructura y propiedades físicas de estas partículas. Esto aportará luz sobre cómo responden a nivel atómico los estímulos externos.
El INC2 ha elaborado un vídeo donde explica de manera muy gráfica cómo se obtienen microfibras con los fermiones de Majorana:
Por su parte, el ICFO, Instituto de Ciencias Fotónicas , y su "spin-off" Quside anunciaron en septiembre la creación de un nuevo Laboratorio Conjunto de Procesamiento Cuántico. Este laboratorio conjunto utilizará conceptos y modelos avanzados de física cuántica para resolver problemas emergentes que aún no se pueden solucionar con los ordenadores y el hardware actual.
Quside, creada como "spin-off" en 2017, diseña y comercializa componentes cuánticos para todos los dispositivos conectados. El Laboratorio funcionará como una incubadora de ideas y lanzará una serie de proyectos que combinarán la experiencia de investigación de primer nivel mundial que aporta el ICFO con las habilidades y el conocimiento del Equipo de Computación Avanzada de Quside.
© Joan Ashtar
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