El salto ya está aquí

Aunque parezca difícil de creer, la computación asiste a lo que podría ser una, hasta hoy míti­ca, transformación definitiva. Y no se trata de una memoria RAM más potente o una CPU con mayor cantidad de núcleos.

La llamada revolución cuántica se desarrolla cada vez más de prisa. Inversiones de entidades nortea­mericanas en la nueva tecnología sugieren que la prometida era de la cuántica en la computación no se encuentra tan lejos como se pensó y que, más pronto de lo esperado, los qubits —equivalentes cuánticos de los bits— marcarán pauta en el diseño y programación de máquinas.

Desde hace unos cuatro años, la Agencia Espa­cial Norteamericana (NASA) se unió a Google en la compra de un modelo de ordenador cuántico de 15 millones de dólares. Ahora IBM anuncia que pron­to el ordenador cuántico llegará al público con un nuevo prototipo, más rápido que cualquier máquina existente.

De los bits a los qubits

La computación cuántica es un paradigma que in­tenta trascender las limitaciones físicas de la actual construcción de hardware. Ya desde el año 1981 Paul Benioff planteó la posibilidad de utilizar las le­yes de la mecánica cuántica en el ámbito computa­cional. Su teoría estaba condicionada por la imposi­bilidad de reducir de manera infinita el tamaño de los componentes computacionales.

El causante es el llamado efecto túnel pues, en determinadas escalas a nivel nanométrico, los elec­trones se escapan de los canales por donde deben circular.

Las partículas tradicionales suelen hallar un obs­táculo y, en lugar de atravesarlo, lo rebotan. Sin embargo, en el caso de los electrones, al tratarse de partículas cuánticas, su comportamiento como onda les otorga la posibilidad de atravesar las pare­des del material que los contiene, de modo tal que pueden moverse por canales donde no deben. De ese modo, el chip dejaría de funcionar correctamente.

Después de Benioff, el brillante físico teórico Ri­chard Feynman, durante una charla en 1982, en­fatizó que la informática tradicional era incapaz de simular sistemas cuánticos, principalmente por la cantidad de estados que alcanzan estos.

Para entender el fenómeno podemos tomar, por ejemplo, una mesa de billar. Un sistema tradicional calcularía la trayectoria de una bola en sus ejes y todo estaría solucionado.

Sin embargo, si creáramos una mesa cuántica de billar, el sistema se complicaría a partir de dos bolas. Con una pareja, nos interesaría el movimiento de cada una en sus ejes y respecto a las trayectorias del resto de las bolas presentes. De ese mismo modo, la computación cuántica propone una vuelta de tuerca al sistema binario tradicional.

Mientras en las prácticas usuales existen una serie de algoritmos binarios que responden con ceros y unos, los sistemas cuánticos pueden ofrecer cálculos al ser su estado cero: uno y cero y uno a la vez. A eso se llama superposición de estados. Así, las posibilidades de resolución de problemas aumentan de manera exponencial con cada qubit que integre el sistema.

Cada qubit indica cuántos bits pueden super­ponerse. Tradicionalmente, un sistema de tres bits daba la posibilidad de tomar uno de ocho valores, pero con los qubits, podría tomar los ocho de ma­nera simultánea.

De hecho, un ordenador de 30 qubits sería equi­valente a diez millones de millones de operaciones por segundo en uno tradicional.

Los años 90 del siglo XX revolucionaron la com­putación cuántica. Aparecieron los primeros algorit­mos basados en ese modelo, pues los que funcio­naban con la informática tradicional eran inservibles ante el nuevo panorama.

Así, llegaron los primeros dispositivos y aplicacio­nes que podían solucionar problemas con cálculos cuánticos.

En la mitad de esa década, Peter Shor, científico estadounidense de AT&T Bell Laboratories, cons­truyó un algoritmo que lleva su nombre y permite calcular factores primos más rápidamente que en cualquier computador tradicional.

Para 1997, tras la aparición de varios algoritmos y teorías, tuvieron lugar los primeros experimentos prácticos, hecho que posibilitó demostrar si lo predi­cho por los científicos se cumplía o no.

Dos años más tarde, investigadores de Los Ála­mos y el Instituto Tecnológico de Massachusets pro­pagaron el primer qubit a través de una solución de aminoácidos.

También en 1999 apareció la máquina 2-Qbit; su sucesora, 3-Qbit fue capaz de ejecutar algoritmos cuánticos.

Tras varios avances del gigante IBM, la empresa se unió a la Universidad de Stanford y, en 2001, logró que se eje­cutara por primera vez el Algoritmo de Shor de manera exitosa con el uso de un computador cuántico de 7-Qbit.

Más tarde se logró encadenar 8-Qbit para formar el primer Qubyte, y en 2007 la empresa D-Wave Sytems, de Canadá, presentó en Silicon Valley una máquina que utilizaba algunos principios de mecá­nica cuántica en su construcción, sin llegar a consi­derarse computadora cuántica.

D-Wave Systems fue, igualmente, la primera em­presa en vender un ordenador de este tipo, en el año 2011. Y volvió a ser noticia en 2013, por fabri­car el que la NASA compartió con Google.

El presente del ordenador cuántico

Aunque D-Wave Systems marca la venta de com­putadoras cuánticas, IBM le sigue los pasos, y no de forma discreta.

La corporación estadounidense pretende demo­cratizar la computación cuántica y hacerla universal. Recientemente anunció que los primeros equipos tendrán utilidad para los negocios y la ciencia.

Con el nombre de IBM Q, la nueva máquina podrá superar a cualquiera de las supercomputadoras que funcionan actualmente en el mundo entero y su sis­tema de soporte tendrá base en la nube, aunque no se develó la fecha exacta en que llegará.

Un vocero de la empresa aseguró que “los orde­nadores cuánticos ofrecerán soluciones a problemas donde los patrones no pueden ser vistos y las posi­bilidades que se necesita explorar para llegar a las respuestas son enormes”.

Los IBM Q tienen como propósito “expandir la aplicación de la computación cuántica”, y se trabaja en sistemas con 50 qubits.

Según reporta el sitio nobbot.com, IBM ha anun­ciado que entre las futuras aplicaciones estaría “el descubrimiento de nuevos medicamentos y materia­les ya que será posible desentrañar la complejidad de las interacciones moleculares y químicas”. Tam­bién se podrá usar para “sistemas globales de logís­tica y cadenas de suministro más eficientes”.

Pero todavía existe mucho por avanzar para que la computación cuántica se democratice por com­pleto. Cómo se almacenará la información cuántica y cómo reducir los costos actuales de producción de los futuros ordenadores, son algunos de los retos.

Por lo pronto, los investigadores de IBM dije­ron que en la primera mitad de este año lanzarán un SDK (Software Development Kit) “para que los usuarios construyan aplicaciones cuánticas simples y programas de software, con lo cual podrían conec­tarse con el ordenador cuántico de IBM a través de la nube, para ejecutar algoritmos y experimentos, trabajar con los bits cuánticos individuales, explo­rar tutoriales y simulaciones en torno a lo que sería posible con la computación cuántica”. Solo queda esperar