Una de las principales tareas científicas de nuestro tiempo fue la carrera para crear la primera computadora cuántica útil. Miles de físicos e ingenieros participan en él. Sus conceptos son desarrollados por IBM, Google, Alibaba, Microsoft e Intel. ¿Cómo un poderoso dispositivo informático cambia nuestro mundo y por qué es tan importante?
Imagínese por un momento: se crea una computadora cuántica completa. Se convirtió en un elemento familiar y natural de nuestra vida. La computación clásica ahora se habla solo en la escuela, en las lecciones de historia. En algún lugar profundo de los sótanos fríos, máquinas potentes operan con qubits para apoyar el trabajo de robots equipados con inteligencia artificial. Realizan todas las cosas peligrosas y simplemente monótonas. Caminando por el parque, miras a tu alrededor y ves todo tipo de robots. Las criaturas humanoides pasean a los perros, venden helados, reparan el cableado, barren el territorio. Algunos modelos reemplazan a las mascotas.
Tuvimos la oportunidad de descubrir todos los secretos del universo y mirar dentro de nosotros mismos. La medicina ha alcanzado un nuevo nivel: cada semana se desarrollan medicamentos innovadores. Podemos predecir y determinar dónde se encuentran los escasos recursos, como el gas y el petróleo. El problema del calentamiento global se ha resuelto, los métodos de conservación de energía se han optimizado, no hay más atascos en las ciudades. Una computadora cuántica no solo controla todas las máquinas robóticas, sino que también proporciona movimiento libre: monitorea la situación en las carreteras, corrige las rutas e intercepta el control de los conductores si es necesario. Así podría ser una edad cuántica.
Fiebre del oro cuántico
Las perspectivas de aplicación son asombrosas, por lo que las inversiones en desarrollos cuánticos están creciendo cada año. El mercado global de computación cuántica fue valorado en $ 81.6 millones en 2018. Los expertos de Market.us sugieren que para 2026 alcanzará los 381,6 millones de dólares. Es decir, aumentará en un promedio de 21.26% por año de 2019 a 2026.
Este crecimiento se ve impulsado por el uso creciente de la criptografía cuántica en aplicaciones de seguridad y está impulsado por las inversiones de las partes interesadas en el mercado de la computación cuántica. A principios de este año, según un análisis de la revista científica Nature, los inversores privados han financiado al menos 52 empresas de tecnología cuántica en todo el mundo. Los grandes jugadores como IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, D-Wave Systems están luchando por crear una computadora cuántica prácticamente aplicable.
Sí, mientras que el dinero que fluye a esta área anualmente representa un pequeño costo (en comparación: en 2018, las inversiones en IA ascendieron a 9.300 millones de dólares). Pero estos números son significativos para una industria inmadura que aún no puede presumir de indicadores de rendimiento.
Resolviendo problemas cuánticos
Debe comprender que hoy la tecnología todavía está en pañales. Era posible crear solo prototipos de máquinas cuánticas, sistemas experimentales únicos. Son capaces de ejecutar algoritmos fijos de pequeña complejidad. La primera computadora de 2 qubits se creó en 1998, y a la humanidad le tomó 21 años llevar los dispositivos al nivel adecuado, la llamada "superioridad cuántica". Este término fue acuñado por el profesor del Instituto de Tecnología de California John Preskill. Y significa la capacidad de los dispositivos cuánticos para resolver problemas más rápido que las computadoras clásicas más potentes.
Google hizo un gran avance en esta área. En septiembre de 2019, la corporación anunció que su dispositivo Sycamore de 53 qubit en 200 segundos hizo el cálculo, lo que habría llevado 10,000 años para la supercomputadora más moderna. La declaración causó mucha controversia. IBM discrepó categóricamente con tales cálculos. La compañía escribió en su blog que su supercomputadora Summit haría esto en 2.5 días. Y todo lo que se necesita es aumentar la capacidad de almacenamiento del disco. Aunque en realidad la diferencia no era tan colosal, Google fue realmente el primero en lograr la "superioridad cuántica". Y este es un hito importante en la investigación informática. Pero no más que eso. La hazaña Sycamore es solo para fines de demostración. No tiene aplicación práctica y es inútil para resolver problemas reales.
El principal problema es el hardware. Si los bits informáticos tradicionales tienen un valor de 0 o 1, en un mundo cuántico extraño, los qubits pueden estar en ambos estados al mismo tiempo. Esta propiedad se llama superposición. Los qubits son como trompos: giran simultáneamente en sentido horario y antihorario, se mueven hacia arriba y hacia abajo. Si esto te parece confuso, entonces estás en una gran compañía. Richard Feynman dijo una vez: "Si crees que entiendes la mecánica cuántica, entonces no lo entiendes". Palabras audaces de un hombre que recibió el Premio Nobel de ... mecánica cuántica.
Entonces, los qubits son extremadamente inestables y están sujetos a influencias externas. Una máquina que pasa por debajo de las ventanas del laboratorio, el ruido interno del sistema de enfriamiento, una partícula cósmica que pasa: cualquier interferencia aleatoria, cualquier interacción viola su sincronismo y decodifican. Esto es desastroso para la informática.
La pregunta clave para el desarrollo de la computación cuántica es qué solución de hardware de muchos investigados asegurará la estabilidad de los qubits. Cualquiera que resuelva el problema de la violación de la coherencia y haga que las computadoras cuánticas sean tan comunes como las GPU recibirá el Premio Nobel y se convertirá en la persona más rica del mundo.
El camino hacia la comercialización.
En 2011, la compañía canadiense D-Wave Systems Inc. los primeros en vender computadoras cuánticas, aunque su utilidad se limita a ciertos problemas matemáticos. Y en los próximos meses, millones de desarrolladores podrán comenzar a utilizar procesadores cuánticos a través de la nube: IBM promete proporcionar acceso a su dispositivo de 53 qubits. Hasta ahora, bajo el programa llamado Q Network, 20 compañías han recibido tal privilegio. Entre ellos se encuentran Samsung Electronics, los fabricantes de automóviles Honda Motor y Daimler, las compañías químicas JSR y Nagase, los bancos JPMorgan Chase & Co. y barclays.
La mayoría de las empresas que experimentan con la computación cuántica hoy las ven como una parte integral del futuro. Ahora su misión principal es descubrir qué funciona en la computación cuántica y qué no. Y sea el primero en introducir tecnología en el negocio cuando esté listo.
Organizaciones de transporte. Volkswagen, junto con D-Wave, está desarrollando una aplicación cuántica: un sistema de control de tráfico. El nuevo programa permitirá que las organizaciones de transporte público y las compañías de taxis en las grandes ciudades utilicen su flota de manera más eficiente y minimicen los tiempos de espera de los pasajeros.
El sector energético. ExxonMobil e IBM están presionando para la computación de energía cuántica. Se centran en desarrollar una serie de nuevas tecnologías energéticas, mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El alcance y la complejidad de las tareas que enfrenta el sector energético están más allá del alcance de las computadoras tradicionales modernas y son muy adecuadas para realizar pruebas en las cuánticas.
Empresas farmacéuticas. Accenture Labs se asoció con 1QBit, una compañía de software cuántico. En solo 2 meses desde la investigación, probaron el concepto: la aplicación de modelos de interacciones moleculares complejas a niveles atómicos. Gracias al poder de la computación cuántica, ha sido posible analizar moléculas más grandes. ¿Qué le dará esto a la sociedad? Medicamentos innovadores con los menores efectos secundarios.
Sector financiero. Las tecnologías basadas en los principios de la teoría cuántica están atrayendo cada vez más el interés de los bancos. Están interesados en procesar transacciones, transacciones y otros tipos de datos lo más rápido posible. Barclays y JP Morgan Chase (con IBM), así como NatWest (con Fujitsu) ya están realizando sus experimentos especializados de desarrollo de software.
La adopción por parte de corporaciones tan grandes y el advenimiento de pioneros cuánticos emprendedores hablan de la viabilidad comercial de Quantum. Ya vemos cómo se usa la computación cuántica para tareas del mundo real, desde mejorar la eficiencia energética hasta optimizar las rutas de los vehículos. Y lo que es más importante, el valor de la tecnología crecerá a medida que se desarrolle.