Què canviarà amb el revolucionari ordinador quàntic de Google

En un assaig, la màquina va fer en poc més de 3 minuts un càlcul que hauria necessitat 10.000 anys en els superordinadors actuals

Xavier Duran

25/10/2019 - 12.38 Actualitzat 25/10/2019 - 13.24

Fer en 3 minuts i 20 segons el que hauria costat 10.000 anys. Això és el que han aconseguit científics de Google amb un ordinador quàntic, segons expliquen en un article publicat a la revista "Nature".  

Fa vora un mes es va filtrar un versió prèvia de l'article i IBM, que competeix amb Google en aquesta cursa, va començar a posar en dubte que el treball fos realment tan impactant com es deia. Ara ja s'ha publicat i està totalment obert a l'escrutini científic.

Els ordinadors quàntics són un enfocament completament diferent de la informàtica actual. Els ordinadors actuals es basen en el sistema binari. El bit, la unitat d'informació, només es pot trobar en dos estats: 0 o 1. La combinació de milers de microprocessadors treballant en paral·lel permet fer operacions a gran velocitat.

Els ordinadors quàntics aporten una característica peculiar: no només hi ha el 0 i l'1, sinó una superposició dels dos valors. Ja no parlem de bits, sinó de qubits o bits quàntics. Es basen en les propietats de la física quàntica, la que regeix en el món subatòmic i que sovint xoca amb la lògica del nostre món macroscòpic, però que té nombroses aplicacions en la vida quotidiana i en la indústria. Recordem la paradoxa del gat de Schrödinger, que tancat en una caixa està viu i mort alhora fins que no ho comprovem.

L'equip dirigit per John Martinis, físic experimental de la Universitat de Califòrnia i de Google, descriu en el seu article els càlculs realitzats pel seu ordinador quàntic, anomenat Sycamore -sicòmor, una espècie d'arbre. Consta de 53 qubits i la feina que li van encarregar va ser un càlcul de probabilitats amb un sistema de generació aleatòria de nombres. Les possibilitats eren 253, és a dir, 2x2x2x2... fins a 53 vegades.

Després van comprovar el resultats obtingut amb una simulació. Per això van utilitzar el superordinador Summit, en aquests moments el més potent del món, que es troba al Laboratori Nacional d'Oak Ridge a Livermore (Califòrnia). Té uns 40.000 microprocessadors, cadascun amb milers de milions de transistors, i és capaç de fer 200 bilions d'operacions per segon.

Segons els investigadors de Google, pel càlcul que ells van fer en poc més de tres minuts, els ordinadors actuals necessitarien 10.000 anys.

Això va ser objecte de debat quan IBM va conèixer la versió prèvia de l'article. L'empresa va manifestar que si es plantegen bé els algoritmes per fer els càlculs i s'aprofiten millor les possibilitats dels superordinadors, el problema es resoldria en dos dies i mig. Però no ha aportat cap article on ho demostri. En tot cas, seria un temps molt superior als 200 segons que ha esmerçat el Sycamore.

Com els germans Wright

Però el mèrit del nou ordinador quàntic no es troba només en el fet que hagi fet aquest càlcul amb rapidesa, sinó en la demostració de la viabilitat d'aquestes màquines. És un petit pas per a un ordinador, però un gran salt per a la informàtica. No s'ha de pensar que en pocs anys els ordinadors quàntics seran una realitat tangible i estesa, però sí que el camí que hi porta és consistent.

En un comentari publicat en el mateix número de "Nature", William D. Oliver, del Massachussets Institute of Technology, fa una comparació amb els primers vols dels germans Wright. El títol és "La computació quàntica aixeca el vol" i al final del text Oliver recorda que aquests primers avions "no van proclamar l'adopció generalitzada dels aeroplans ni van marcar el principi del final d'altres sistemes de transport". Però sí que van demostrar la viabilitat de fabricar una màquina més pesada que l'aire i autopropulsada que pogués volar. El primer vol dels Wright va durar molt menys dels 200 segons que Sycamore va trigar a fer els seus càlculs, mantenint el delicat equilibri dels seus qubits.

Les aplicacions de l'ordinador quàntic

I què es pot esperar d'aquests ordinadors? Com que augmentaran de manera espectacular la velocitat de càlcul, podran resoldre amb molt menys temps qualsevol dels problemes que avui es plantegen als superordinadors: disseny de nous materials o de noves substàncies, estudi del mecanisme d'acció i de l'efecte de nous fàrmacs, models climàtics més precisos i avenços en qualsevol camp -i això els inclou pràcticament tots- en què calgui dur a terme càlculs complexos.

El camp que genera més expectatives, però, és el de la criptografia i la seguretat informàtica. Per trobar una clau d'accés se solen utilitzar nombres primers -els divisibles només per ells mateixos i per la unitat- amb un gran nombre de xifres. Però molts ordinadors actuals són capaços de trobar aquestes contrasenyes i trenar els codis de seguretat. Amb l'ordinador quàntic es podrien generar claus pràcticament impossibles de desxifrar. I això tindria molta importància també en les criptomonedes, que necessiten sistemes de seguretat molt elaborats i complexos.

Per això, tothom es beneficiarà dels ordinadors quàntics, però no és probable que en poques dècades en tinguem a casa, com va començar a passar als anys 80 amb l'ordinador personal. El tindran grans empreses i institucions i els que no en posseeixen podran llogar-los unes hores o dies o bé enviar els seus problemes perquè els resolguin.

Però com que no es tracta d'una evolució dels actuals ordinadors sinó d'una tecnologia disruptiva -un camí totalment nou-, resulta imprevisible preveure què en resultarà. De la mateixa manera que els germans Wright no van poder preveure els vols "low cost".

L'ordinador quàntic a Catalunya

L'article a "Nature" s'ha publicat poc després que es donés a conèixer un acord entre Microsoft i l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) per ampliar la seva col·laboració en el desenvolupament d'un ordinador quàntic.

Microsoft ha establert els seus Quantum Lab a diversos llocs del món. El Microsoft Quantum Materials Lab de Copenhaguen (Dinamarca) treballant en el desenvolupament de nous materials per a la construcció de dispositius quàntics. I concretament investiga el disseny d'unes estructures que permeten generar unes partícules anomenades fermions Majorana.

El Grup de Nanòscopia Electrònica Avançada de l'ICN2, dirigit pel professor de recerca ICREA Jordi Arbiol, aportarà la seva experiència en microscòpia electrònica i espectroscòpies per fer mesuraments i anàlisis de la complexa estructura i propietats físiques d'aquestes partícules. Això aportarà llum sobre com responen a nivell atòmic als estímuls externs.

L'INC2 ha elaborat un vídeo on explica de manera molt gràfica com s'obtenen microfibres amb els fermions de Majorana:

Per la seva banda, l'ICFO, Institut de Ciències Fotòniques, i la seva "spin-off" Quside van anunciar al setembre la creació d'un nou Laboratori Conjunt de Processament Quàntic. Aquest laboratori conjunt utilitzarà conceptes i models avançats de física quàntica per resoldre problemes emergents que encara no es poden solucionar amb els ordinadors i el maquinari actual.

Quside, creada com a "spin-off" el 2017, dissenya i comercialitza components quàntics per a tots els dispositius connectats. El Laboratori funcionarà com una incubadora d'idees i llançarà una sèrie de projectes que combinaran l'experiència de recerca de primer nivell mundial que aporta l'ICFO amb les habilitats i el coneixement de l'Equip de Computació Avançada de Quside.