LOS PRIMEROS ORDENADORES CUÁNTICOS

2019 octubre

 

          En los últimos años, se oyen cada vez con más frecuencia, términos como Machine Learning , Deep Learning, IA (inteligencia artificial) y ordenadores cuánticos.

          La computación cuántica, en realidad, comenzó su andadura ya en los años cincuenta por técnicos como Richard Leynman, pero no fue hasta 2011 que se se realizaron desarrollos concretos sobre ordenadores cuánticos, comenzando a construirse los primeros prototipos funcionales de este tipo de ordenadores en 2015. En este año fue cuando fue en 2015 cuando Intel anunció una inversión 50 millones de dólares en QuTech, el instituto de investigación cuántica dentro de la Delft University of Technology (TU Delft) y TNO.

 

¿Cual es el fundamento de un computador cuántico?

          Hasta ahora en la informática existían bits, bytes, megas, programas, desarrolladores, algoritmos, procesadores, memoria, tarjetas gráficas, dispositivos de almacenamiento, y todo ello basado en un lenguaje de de ceros, que en realidad es una manera de expresar los dos posible resultados de una unidad física, o bit. En realidad, el resultado 1 o 0 representan dos estados opuestos de voltaje. Porque un uno y un cero no son tales: son niveles de voltaje opuestos de tal manera que 1 significa paso de corriente, y 0 significa no paso de corriente. La estructura matemática basada en circuitos en los que en cada paso hay dos tipos de resultados se conoce como la lógica de Boole. Sin embargo, en un ordenador cuántico, la unidad mínima de información clásica, el qubit. La diferencia principal entre ellos es que, el bit tradicional sólo puede entregar resultados binarios (0 y 1), mientras que el qubit, siguiendo la mecánica cuántica,puede tener también los dos resultados a la vez, e incluso todos los valores intermedios entre ambos, ya sean positivos o negativos, e incluso fracciones de unidad, lo que resulta , lo que significa que los estadis cuánticos de un qubit pueden ser infinitos. En la práctica, un qubit consiga sólounos pocos estados quánticos estables por medio de microondas, debiendo corregir los posibles errores por superposición, interferencia y enlazamiento. En la práctica, cada bit da 1 resultado mientras que cada qubit arroja 2 resultados a ala vez,esto significa, que, si en un ordenador clásico, podemos procesar grupos de 2, 4, 8, 16, 32 o 64 bits, en uno cuántico el número de resultados arrojados crece según la poténcia en base 2 (resultados que arroja cada qubit) elevada a n, siendo n el número de qubits.

          Otra forma de verlo es que, si en la informática clásica tenemos valores de voltajes para registros binarios, en los cuánticos, hay estados cuánticos que ocurren en cada qubit, asociados a propiedades como el spin de un electrón.

En la computación cuántica se está un poco como en esos primeros tiempos de la informática clásica. Pero aquí no tenemos valores de voltajes para los registros binarios, sino estados cuánticos que “suceden” en los qubits. Esos qubits no se caracterizan por su voltaje como en los ordenadores binarios, sino por su estado cuántico asociado a propiedades tales como el spin de un electrón. Las ventajas y desventajas de un ordenador cuántico podemos resumirlas así:

        w Ventajas: enorme rapidez en relación a un ordenador tradicional y consumo de mucha menor energía.

        w Desventajas: Estados cuánticos inestables y necesidad de corregir errores derivados de las mismas propiedades cuánticas, por lo que se necesita un aislamiento total y una temperatura muy fría cercana al 0 kelvin absoluto.

             Así, un superordenador de ahora, tiene consumos energéticos del orden de los Mega Vatios, mientras que el ordenador cuántico de Delft, con 59 qubits, consume unos 10 Kilo Vatios. Hay que destacar también que en la computación cuántica es imposible realizar operaciones de copiado o almacenamiento.   

          A pesar de lo anterior, la computación cuántica y la binaria o booleana irán de la mano. Así, la computación cuántica puede usarse para acelerar ciertos algoritmos y cálculos concretos muy complejos con trabajos de encriptación o trabajos de investigación matemática, que la computación clásica se tardaría millones de años en procesar y en computación cuántica se tarda minutos en procesar, mientras que la clásica se seguiría usando para tareas más cotidianas y sencillas.

          Evidentemente, cuando se llegue a fabricar un ordenador quántico con millones de qubits se estará en condiciones de abordar de manera completa sectores como la inteligencia articial, robótica, estudios probabilísticos de todo tipo, y cualquier tarea que exija una gran capacidad de cálculo. Eso supondrá un saldo en la tecnología que cambiará la vida humana. Una prueba de ello es la cada vez más numerosa cantidad y variedad de empresas que colaboran ya con los institutos que poseen un ordenador cuántico hoy día, como es el caso del IBM Q System, que sirve de soporte a la red IBM Q Network, en la que se han integrado empresas e instituciones como Argonne National Laboratory, el CERN, ExxonMobil, Fermilab y Lawrence Berkeley National Laboratory.