El futuro es el presente: las computadoras cuánticas
Serie sobre tecnología del siglo XXI, escrita por Cesar Leo Marcus Cuando creíamos que teníamos todas las respuestas, nos cambiaron todas las preguntas.
Cuando los “viejos”, nacidos en el siglo XX aprendimos algo sobre bits, algoritmos, archivo en las nubes, email encriptados y otras cosas por el estilo, los “jóvenes”, nacidos en el siglo XXI hablan de qubits, cadena de bloques o blockchain, minería en las nubes o iCloud mining, resúmenes o hashes, redes de pares o Peer-to-peer (P2P), y un sinnúmero de nuevas calificaciones tecnológicas que se desarrollan día a día.
¿Computadoras cuánticas?
El mundo se dirige hacia la computación cuántica, es decir que abandona los “bits” de la computación binaria, con valores tales como 0 y 1, sumergiéndose en los «qubits» o “Quantum Bit”, que le permiten contener varios valores diferentes a la vez, para realizar complejas operaciones matemáticas en paralelo.
Estados Unidos, Francia y Alemania están en esta lucha por ingresar a esta nueva tecnología, París anunció en enero del 2021 una inversión de 1.800 millones de euros y Berlín de 2.000 millones para integrarse a un mundo que, por ahora solo domina Estados Unidos.
En abril del 2021, la canciller Angela Merkel se conformó con inaugurar oficialmente la primera computadora cuántica instalada en Stuttgart, Alemania, por la estadounidense IBM, en cooperación con el instituto de investigación alemán Fraunhofer, siendo la «Q’System One» la primera computadora cuántica instalada fuera de Estados Unidos.
Autos y rutas
Para comprender la utilización de las computadoras cuánticas analizaremos un ejemplo simple, que guarda relación con la idea…
Supongamos que Usted debe recorrer 400 millas por tierra y le dan a elegir entre un Rolls Royce, una Ferrari o un Jeep Willys, sabiendo que todos lo llevaran a destino, pero en diferentes condiciones, entonces la pregunta que debe hacer es ¿Cómo será el camino? Si debe ir por calles y avenidas en ciudades muy habitadas, es preferible el Rolls Royce, ya que importa la comodidad y no la velocidad, si en cambio el camino es una super autopista, la Ferrari lo llevara más rápido, pero si es un camino de montaña y sin asfalto, el Jeep Willys lo llevara mucho más seguro.
En este ejemplo, Usted es la información o datos por transportar, el vehículo es el sistema o software y el camino es la computadora o hardware
Software sin hardware
Continuando con el ejemplo anterior, en el presente siglo el mundo paso de un Jeep Willys a una Ferrari en muy poco tiempo, desarrollando software que lo llevan de 50 a 500 millas/horas, pero el camino o el hardware está frenando ese crecimiento, ya que los procesadores de información no logran romper ese techo tecnológico, como resultado práctico los sistemas se traban, la capacidad de procesamiento se lentifica, las nubes se saturan, la información llega tarde o no llega… es decir, tenemos miles de Ferrari’s tratando de circular en un camino de montaña y con precipicios.
Por esta razón la prioridad es la construcción de gigantescas y seguras autopistas, para que la información se pueda mover a alta velocidad, sin ser frenada por embudos o congestión de tránsito, pero para lograr esto la tecnología del hardware debe dar un salto “cuántico”.
La tecnología cuántica posibilitaría el uso de ordenadores hiper potentes, superando por mucho las capacidades de los más desarrollados super ordenadores actuales, merced a la utilización de las espectaculares propiedades físicas de partículas infinitamente pequeñas.
Bits versus qubits
En el siglo XX pasamos del mundo analógico al mundo digital, donde todo es binario, que en la práctica, representa un solo valor específico, 0 ó 1, pero en la física cuántica es más complicado, ya que el bits se transforma en qubits, donde antes teníamos solo dos posibilidades, 0 y 1 al mismo tiempo, ahora también podremos utilizar todos los estados intermedios, continuando con el ejemplo de la Ferrari, hasta hoy tenemos autopistas de dos carriles (0/1) y la física cuántica nos proveerá de autopistas de infinitos carriles, donde miles de Ferrari’s podrán ir a gran velocidad sin congestión ni límites.
En el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), el físico Michael Marthaler es el jefe del área de Física Teórica de Cuerpos Sólidos e investiga las propiedades de las partículas cuánticas aplicadas a los nuevos ordenadores, el próximo horizonte en el mundo de la computación.
«En un ordenador clásico, la unidad base es el bit, que solo puede tener forma binaria», explica Marthaler. «En un ordenador cuántico, los qubits pueden adoptar otros estados y con ello pueden transferir cantidades mucho mayores de información, realizando incontables operaciones informáticas al mismo tiempo».
Un ejemplo es que, en noviembre del 2019, el equipo de investigación dirigido por John Martinis de la Universidad de California, en Santa Bárbara, “humilló” a la super computadora más potente del mundo con una computadora cuántica, resolviendo una tarea en 200 segundos cuando esa super computadora convencional hubiera necesitado diez años.
Entrelazamiento cuántico
En física, todos los caminos conducen a Albert Einstein, ya que a principios del siglo XX planteó, junto a Boris Podolsky y Nathan Rosen, que los sistemas cuánticos están correlacionados en sus estados, por lo que tienen el mismo estado, pero solo mientras este no se defina, en otras palabras, entre el 0 y el 1 (bits) hay infinitos números o estados que existen, 0,000001 al 0,999999 o más, entonces, debido a que los qubits pueden adoptar varios estados simultáneamente, crean una superposición, logrando realizar más cálculos que los bits convencionales, volviendo al ejemplo, el entrelazamiento cuántico divide los dos carriles de la autopista original en un sin número de vías para que las miles de Ferrari’s puedan moverse a alta velocidad sin molestarse.
Por supuesto que en la práctica no es tan fácil, esto solo funciona si todas las demás condiciones son correctas, es decir, el entrelazamiento cuántico entre los qubits tiene que ser perfecto, la tasa de error debe ser mínima o nula, ya que cualquier interferencia puede perturbar al ordenador, por esa razón Google ha desarrollado su propio sistema de corrección de errores, logrando una precisión de operaciones computacionales del 99,99 %.
Entre la realidad y la ciencia ficción
Las primeras pruebas son alentadoras, a primera vista la computadora cuántica de Google parece un enorme monstruo con brazos hechos de tubos y alambres de cobre, pero bajo esa estructura exterior hay un núcleo con el chip super conductor, en el que los 54 qubits se sumerge en helio líquido a cero grados, para impedir el recalentamiento cuando está en funcionamiento.
¿Quién vence a quién?
Amigo lector, calme su ansiedad, las computadoras cuánticas no desplazaran (por ahora) a los ordenadores convencionales, ya que no todos necesitamos autopistas de alta velocidad, pasaran varios años, tal vez en el 2030 cuando las computadoras cuánticas alcancen su punto máximo de necesaria existencia, en realidad hasta ahora no se ha podido demostrar que una computadora cuántica pueda funcionar de manera estable durante horas o días.
En verdad serán muy necesarias cuando se expanda mas el uso de blockchain o cadena de bloques, que por ahora reina en el mundo de las criptomonedas, donde los mineros necesitas las computadoras cuánticas con urgencia… pero esa historia la veremos en la próxima nota.
