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Ordenadores cuánticos: Nueva era en la informática

21/01/2022
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Las empresas compiten por ser las primeras en encontrar una aplicación práctica para los ordenadores cuánticos. La carrera por encontrar el primer uso práctico de la computación cuántica está en marcha.

Pero, antes de nada, ¿Qué es la computación cuántica y los ordenadores cuánticos?

Hasta ahora, hemos utilizado superordenadores para resolver la mayoría de los problemas. Los superordenadores son ordenadores muy grandes, a menudo con miles de núcleos de CPU y GPU clásicos.

Sin embargo, los superordenadores no son muy buenos para resolver ciertos tipos de problemas, que parecen fáciles a primera vista. Aquí es donde entran en juego los ordenadores cuánticos.

La computación cuántica aprovecha los fenómenos de la mecánica cuántica para dar un gran salto adelante en la computación para resolver ciertos problemas.

Por tanto, los ordenadores cuánticos son los encargados de resolver problemas complejos que los superordenadores actuales más potentes no pueden resolver y nunca lo harán.

Carrera por ser el primero en introducir los ordenadores cuánticos

Es probable que el potencial definitivo de la tecnología, y más actualmente la inteligencia artificial,  en un primer momento sea abrumador: alimentar un ordenador cuántico que pueda abordar cualquier problema a una velocidad vertiginosa.

Sin embargo, muchos expertos creen que dentro de pocos años se alcanzará un hito menos ambicioso, lo que desencadenará una carrera para ser los primeros en introducir la computación cuántica y los ordenadores cuánticos en la corriente principal.

Desde 1982, cuando el físico Richard Feynman describió por primera vez cómo las extrañas propiedades de la mecánica cuántica podían aprovecharse para revolucionar la informática, gran parte de la atención se ha centrado en cómo un sistema cuántico supera con creces a los sistemas "clásicos" actuales, algo conocido como supremacía cuántica.

Google afirmó haber alcanzado este hito hace dos años. Sin embargo, su demostración no se refería a un problema práctico -un cálculo que habría sido imposible de resolver para un ordenador clásico- e IBM y otros demostraron pronto que los ordenadores clásicos podían adaptarse para contrarrestar algunas de las supuestas ventajas del sistema de Google.

Desde entonces, muchos investigadores han cambiado su enfoque hacia algo menos ambicioso. Conocido como ventaja cuántica, es el punto en el que un sistema emplea la tecnología para dar un paso adelante en la resolución de una tarea informática práctica mediante ordenadores cuánticos.

Era cuántica, ¿Cuándo empezará?

Peter Chapman, director ejecutivo de IonQ, que en 2021 se convirtió en la primera empresa de computación cuántica en cotizar en Wall Street predijo que:

“La primera aplicación práctica basada en la ventaja cuántica lanzará oficialmente la era cuántica”.

Lo comparó con el programa de hojas de cálculo VisiCalc, que en 1979 hizo que “el PC fuera utilizable para los negocios" y lanzó la era de la informática.

La perspectiva de encontrar una aplicación práctica para la computación cuántica ha desencadenado una competición por ser el primero.

Matt Johnson, director ejecutivo de QC Ware, una empresa de software y ordenadores cuánticos dijo:

"El reto es estar entre los primeros en ayudar a los clientes empresariales a conseguir la velocidad cuántica".

Impulso de la computación cuántica

El cambio de marcha de la industria se ha visto impulsado por las mejoras en los sistemas de hardware cuántico que se anunciaron a finales de 2021, junto con las proyecciones del tipo de sistemas que estarán disponibles dentro de dos años.

El hardware de los ordenadores cuánticos se ha multiplicado por 10 en los últimos dos años, según Will Oliver, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

En su intervención en la reciente conferencia sobre computación cuántica práctica Q2B, celebrada en Silicon Valley, dijo que esto había planteado una nueva cuestión para la industria: si se estaban acercando a la producción de "algoritmos comercialmente relevantes".

Los ordenadores cuánticos actuales se conocen como sistemas NISQ, abreviatura de Noisy Intermediate-Scale Quantum. Su número de bits cuánticos, o qubits, sigue siendo limitado, y los qubits son incapaces de mantener sus estados cuánticos durante más de unos pocos microsegundos, algo que introduce errores, o "ruido", en los cálculos.

Sin embargo, incluso esto podría aprovecharse para aportar pequeños pero importantes avances en la resolución de problemas del mundo real, según las personas que trabajan en esta tecnología.

Christopher Savoie, director ejecutivo de Zapata, una empresa de software cuántico dijo:

"Si lo utilizas para detectar el cáncer y puedes tener una tasa de detección un 2% mejor, ¿vas a utilizar la menor para tus pacientes?".

IBM, en la pole position de esta tecnología

En noviembre de 2021, IBM dio a conocer su primer sistema con 127 qubits y confirmó una hoja de ruta que, según dijo, permitirá llegar a más de 1.000 qubits en dos años.

Darío Gil, jefe de investigación de IBM, dijo:

"La capacidad de demostrar la ventaja cuántica en los próximos dos años es posible".

Aunque admite que "es una incógnita" si se pueden superar los retos técnicos que quedan, afirma que los avances en el hardware y las mejoras en el diseño de los algoritmos abren el camino para reducir el ruido de los sistemas actuales hasta un nivel en el que sean útiles.

Otros dicen estar en un camino similar. Rigetti Computing, una empresa emergente, anunció en diciembre un sistema de 80 qubits, basado en un nuevo diseño modular que une dos procesadores de 40 qubits.

Con esta nueva arquitectura, "prevemos tener sistemas de unos 1.000 qubits en 2024, y de 4.000 qubits en 2026", dijo Chad Rigetti, director ejecutivo de la empresa.

El hardware más reciente, aunque no sea capaz de soportar aplicaciones revolucionarias, pondrá en manos de los investigadores herramientas más potentes. Esto acelerará la comprensión de cómo programar sistemas prácticos.

IBM declaró que tenía 27 sistemas cuánticos en uso y que 170 organizaciones, entre ellas muchas empresas, los utilizaban ya para la investigación.

"Nuestras máquinas han alcanzado la velocidad, la escala y el rendimiento necesarios para codificar y representar casos prácticos de problemas, en lugar de casos de ejemplo", dijo Rigetti.

Esto ha permitido comparar su rendimiento en la resolución de problemas prácticos con los ordenadores clásicos más rápidos de la actualidad, lo que ha permitido a los investigadores conocer por primera vez el camino hacia la ventaja cuántica.

Inteligencia artificial, clave en el desarrollo de la computación cuántica

La atención a corto plazo se ha desplazado a tratar de utilizar los ordenadores cuánticos en tándem con los ordenadores clásicos para mejorar el aprendizaje automático, la técnica detrás de gran parte de la inteligencia artificial actual.

Los enormes conjuntos de datos que ya existen para apoyar el aprendizaje automático, junto con la escala y la complejidad de los problemas, hacen que este campo de aplicación sirva para el desarrollo de la computación cuántica.

Los trabajos recientes de diseño de algoritmos cuánticos más eficientes se han centrado en aspectos como la resolución de problemas de optimización y la selección de un elemento singular de un gran conjunto de datos, técnicas que podrían utilizarse para mejorar la modelización meteorológica o para identificar posibles fraudes con tarjetas de crédito.

Goldman Sachs ha sido uno de los bancos que ha trabajado en el uso de la tecnología para mejorar la fijación de precios de sus productos, mientras que Volkswagen ha investigado formas de optimizar sus procesos de fabricación.

Computación cuántica, ha comenzado la carrera

Ya sea que el primer uso práctico de la computación cuántica provenga de una de estas empresas, de compañías farmacéuticas o fabricantes que intentan aplicar la tecnología, pocos dudan de que la carrera está en marcha.

Los ordenadores cuánticos son ya un elemento clave para dar paso a la siguiente era de la informática, la era cuántica.

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Categorizado en: Informática y TICS

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