Por Mario Lia
La computación cuántica parte de un principio que fue presentado por primera vez por el físico alemán Max Planck en el año 1900 con su teoría sobre los cuerpos negros y la radiación, conocida posteriormente como Ley de Planck. Al menos esto es así en la historia documentada, ya que los griegos reconocían las propiedades de los átomos antes de nuestra era.
Leonardo da Vinci se considera que fue una de las primeras figuras que sintió curiosidad por dicho fenómeno y que no dudó en estudiarlo a fondo. En concreto, lo hizo a partir del agua que caía en los estanques en aquella época.
Otros estudiosos que también se encargaron de contribuir al desarrollo de la teoría cuántica fueron Louis de Broglie o Erwin Schrödinger. De todos modos, Planck inició la etapa en la que se trata de comprender al mundo microscópico o sub-atómico.
Según el registro de Wikipedia, cuántico es un adjetivo que se utiliza en el campo de la física. El concepto se refiere a lo vinculado con ciertos saltos de la energía al emitir o absorber radiación. Esos saltos se conocen como cuantos.
El estado cuántico es el estado físico que en un momento dado tiene un determinado sistema físico en el marco de la mecánica cuántica. En la física clásica, teóricamente, al medir una magnitud física en un sistema varias veces, obtendríamos un mismo valor. Sin embargo en la física cuántica, en teoría, al medir una magnitud física podríamos obtener un valor diferente cada vez que se mide. Por tanto, para estudiar los resultados de una medición cuántica, se recurre a una distribución de probabilidad.
Esta breve explicación viene al caso para trazar la diferencia con la computación tradicional, la cual se maneja en base a un sistema binario de 0 (ceros) y 1 (unos), cuyo elemento básico es el bit. Esos bits sólo pueden tener dos estados. Esta computación convencional trabaja en base a puertas lógicas que responden a la conocida álgebra de Bool con alternativas que pueden ser, por ejemplo: No, Ó, Y. También tenemos a una puerta lógica que es una mezcla de no e y, en inglés no con and. Estas últimas se denominan NAND.
En la computación cuántica, a diferencia de la clásica, un elemento base o qubit (por quantum bit, también aceptado que se lo denomine cubit en español), puede estar en ambos estados al mismo tiempo e ir cambiando su valor en diferentes momentos.
En la computación cuántica se presentan dos principios que hacen a su capacidad: el de la superposición y el de la interrelación. Estas capacidades, dichas así muy profanamente, son las que permiten aumentar exponencialmente la potencia de procesamiento.
Las computadoras cuánticas, en virtud, tienen la capacidad de usar unos, ceros y “superposiciones” de unos y ceros, lo que les permite realizar una gran cantidad de cálculos a la vez, con la consiguiente e inalcanzable velocidad.
Actualmente, la computadora cuántica más poderosa pertenece a IBM con su procesador Osprey de 433 qubits o Q–Bits o cubits… La capacidad de este procesador todavía puede ser emulada en ciertas aplicaciones por la computación convencional, pero en forma muchísimo más lenta. A veces la diferencia es de minutos a años de procesamiento.
No vamos a abundar mucho más en la explicación de esta tecnología ya que no es relevante para quienes no se dedican a la tecnología propiamente dicha.
Las aplicaciones de la computación cuántica
La capacidad de superposición, o sea la de estar en múltiples estados al mismo tiempo, permite que los algoritmos cuánticos puedan manipular esos múltiples estados también al mismo tiempo, lo que los hace tremendamente más eficientes.
Como suele ocurrir con las nuevas tecnologías, hoy se prevén como centrales determinadas aplicaciones, principalmente aquellas que han encontrado una barrera de ejecución en la computación actual.
Las que hoy se vislumbran como principales aplicaciones son por ejemplo, las que están en el campo de:
- La investigación de la industria farmacéutica. El procesamiento del comportamiento de moléculas complejas que hoy no pueden ser representadas, puede conducir al hallazgo de nuevas drogas y al aceleramiento de sus diferentes etapas de prueba. Los denominados “tratamientos de precisión” ganarían un espacio del que hoy no se dispone por las limitaciones de tiempo y alcance que existen en el manejo de los datos específicos de esta industria. Algunas de las grandes empresas farmacéuticas ya están estableciendo acuerdos con los principales desarrolladores de la nueva tecnología de computación cuántica.
- El campo de la ciber–seguridad o criptografía, del que ya se habla en términos de la capacidad que tendría una computadora cuántica de procesar el quiebre de las claves más complejas, por ejemplo.
- La logística es otro de los campos que, en múltiples industrias, se vería altamente beneficiado por la capacidad cuántica.
- Los modelos financieros, especialmente los predictivos o de manejo de riesgo, constituyen otro de los targets importantes para la futura aplicación de la computación cuántica.
- La biología y la química, en todos sus rangos y diversidad de utilización, no son ajenos a los beneficios que trae la nueva tecnología.
- Robotización, GPS, Vehículos autónomos, y muchos más
Seguramente tenemos muchos otros ejemplos a disposición. Tomemos a los anteriores como inicialmente ilustrativos, cerrando con una anécdota que ilustra el potencial: Hace un año, Google, que es uno de los jugadores en este campo, se atribuyó la supremacía cuántica al haber realizado en 200 segundos un cálculo que habría tardado 10.000 años con una supercomputadora convencional. La gente de IBM disintió y adujo que ese mismo cálculo se habría hecho en dos días y medio. 200 segundos contra dos días y medio, sigue siendo una diferencia.
Cómo acceder y usar la computación cuántica
Tener una computadora cuántica, cuando se llegue a versiones comerciales, no será para todo el mundo. Se trata de equipamientos que no tienen nada de parecido ni física ni operativamente, a los actuales.
Para comenzar y siempre a groseros rasgos, tenemos que una computadora cuántica debe trabajar a una temperatura de cero absoluto o sea 273.15 grados centígrados bajo cero. El soporte de estas computadoras requiere de sofisticadas técnicas que suelen ser fruto de la investigación que realizan científicos altamente calificados (y por consiguiente, escasos y muy caros). El procesamiento en computadoras cuánticas aún presenta algunos problemas de estabilidad, lo que ha complicado algúnas de las funciones que son naturalmente nativas en la computación convencional. La principal de estas dificultades está en el campo de la corrección de errores, una función ya solucionada hace muchos años en la computación clásica.
Por estas y muchas otras razones, creemos que la computación cuántica, tal como está sucediendo ya, se utilizará principalmente a través de la nube y por bastante tiempo serán los fabricantes o proveedores de estas computadoras quiénes se encarguen de su manejo físico y lógico. Los usuarios podrán así acceder a la capa de aplicaciones.
El recurso humano
De la misma forma que ocurre con la Inteligencia Artificial, por ejemplo, la escasez de recursos capacitados es un problema serio. Aunque ya hay algunos elementos más o menos estandarizados para la escritura de algoritmos, la presencia de determinados principios físicos y lógicos cambia drásticamente el entorno de trabajo profesional de la gente de IT.
Uno de los problemas que se están presentando es el de la falta de publicación de los hallazgos tecnológicos en su etapa previa al registro de sus patentes. Y esto se debe a que la ventaja competitiva entre fabricantes, e incluso países, se basa ya en la tenencia de dichas patentes. De esta forma, el entorno o universo de información para la creación de herramientas de capacitación y utilización de la tecnología cuántica, puede verse complicado. Aquí cabe agregar que actualmente existen entornos de programación de algoritmos que se pueden probar en la nube mediante simulación de computadoras cuánticas pero operando sobre computadoras convencionales. Esta posibilidad se extinguiría a partir del año próximo, al menos para las aplicaciones o cálculos más ambiciosos.
¿La razón de lo antedicho? El 2023 puede representar un año bisagra en el desarrollo de la computación cuántica, ya que se espera que IBM (empresa que ya cuanta con un mapa de ruta) presente su procesador Heron de 1.121 qubits y esta capacidad ya no podrá ser simulada ni emulada en supercomputadoras convencionales. No habrá otra que contar con técnicos y desarrolladores totalmente especializados.
Los principales jugadores del mercado mundial
Al presente, ya existen decenas de compañías trabajando en el campo de la computación cuántica. La competencia se exacerba incluso a nivel internacional, con países como China tratando de avanzar en este terreno con grandes inversiones. Pero por ahora, los Estados Unidos, especialmente a través de IBM, son quiénes lideran.
Veamos a los diez principales jugadores en este segmento:
- IBM (1323 patentes)
- Google (762 patentes)
- D–wave (501 patentes)
- Microsoft (496 patentes)
- Northrop Grumman (262 patentes)
- Origin of Quantity (234 patentes)
- Intel (221 patentes)
- Baidu News (186 patentes)
- IonQ (164 patentes)
- Rigetti (110 patentes)
Participación de patentamientos por país
- USA 54,18 %
- China 16,68 %
- Japón 7,94 %
- Canadá 7,04 %
Fuente: IPRdaily
Como todavía el poder de fuego no se puede medir en términos de volúmenes de ventas, lo hacemos en cantidad de patentes. Nótese que IBM, cuyo procesador es el más potente del mercado, también es la empresa con mayor cantidad de patentes registradas.
Al mundo de las organizaciones empresariales, gubernamentales y demás, le convendrá ir familiarizándose con esta variante del procesamiento de datos. Se escucharán cuestionamientos, incluso el mismo Albert Einstein manifestó en su momento que una partícula sub atómica no puede ocupar dos espacios al mismo tiempo, en contradicción con lo que se asume en la computación y física cuántica. Tengamos en cuenta que un qubit está contenido en un electrón, lo que nos da una idea de la clase y nivel de científicos que deben intervenir en la investigación de todas estas tecnologías.
