Episodio #144 – Computación Cuántica
Se viene hablando hace un tiempo y cada vez más sobre la computación cuántica (abreviada QC por quantum computing) y aunque ya habíamos hablado entre nosotros, mientras comíamos un asado, nunca habíamos encarado el tema propiamente dentro de un episodio, así que esta vez, nos sumergimos de lleno con la ayuda de un experto, Jordi Tura, profesor asistente del Leiden Institute of Physics (Holanda), con un CV impresionante que avala su vasto conocimiento. Jordi fue extraordinariamente amable con su tiempo y le agradecemos su desinteresada participación.
Pero antes de entrar en el tema del episodio, hicimos la acostumbrada pregunta del día: ¿dónde y cómo aplicarías el modelo del open source de software? Sin duda que el modelo funcionó de maravillas en la industria del software y probablemente varias industrias podrían replicar su éxito, aunque siempre es más complicado cuando hay que considerar el “modelo de negocios”. De hecho, Bill Gates incluso piensa que en algunos casos es una mala idea. El panel se aventuró a dar algunos ejemplos, y nos encantaría escuchar ideas de la audiencia.
De las explicaciones de Jordi aprendimos que las computadoras cuánticas son equipos que aprovechan los fenómenos físicos que se manifiestan a escalas atómicas, donde las partículas pueden ponerse en superposición de estados (superposition) y estar entrelazadas (quantum entanglement). Cerca del cero absoluto (~15 mK), cuando las vibraciones térmicas se reducen al mínimo, equipos especializados pueden generar qubits (de quantum bits) que pueden tener valores 1, 0 y extrañamente 1 y 0 al mismo tiempo. Desafortunadamente, mantener ese estado especial no es posible por mucho tiempo y a los pocos milisegundos, el sistema pasa por un proceso llamado de decoherencia (decoherence). Atendiendo la naturaleza aleatoria del mundo cuántico, los cálculos deben realizarse varias veces y antes de que ocurra la decoherencia. Con suerte, la repetición del cálculo da una distribución de probabilidades indicando dónde puede estar el resultado esperado.
Distribución de Probabilidades – Domain of Science – https://youtu.be/90U_SmKyfGI
La física del quantum realm es tan extraña a nuestra realidad cotidiana que las analogías que se usan para explicar tratando de generar un poco de familiaridad, son apenas una vaga aproximación, y la verdad es que los que trabajan con QC necesitan de matemáticas precisas para atacar los problemas y avanzar el campo.
El poder de estas computadoras cuánticas consiste en que N qubits entrelazados contienen 2N estados simultáneamente, por eso se dice que con solo 300 qubits, se podría representar un espacio de 2300 (~2.04×1090) que es más que todos los átomos del universo observable.
La situación actual de QC es similar a los comienzos de la computación clásica (~1950) con equipos que ocupan mucho espacio físico y que para operarlos se requiere varias personas especializadas.
Hay muchos problemas que son demasiado difíciles para las computadoras clásicas como optimización de rutas, biología molecular, interacciones químicas, diseño de proteínas, etc., y la expectativa es que las computadoras cuánticas puedan ayudar en esos casos.
En 1994 se descubrió un algoritmo cuántico capaz en encontrar los factores primos (Shore’s algorithm). En aquel momento no había la tecnología para aplicarlo en computadoras cuánticas, pero la situación es distinta ahora y hay una preocupación de que pronto se puedan romper los esquemas criptográficos utilizados en SSL, TLS, SSH, Blockchain, etc. Jordi nos tranquilizó diciendo que faltan todavía algunos años. No obstante, ya se está trabajando en algoritmos de encripción cuánticos que serían seguros aún ante ataques usando QC.
El interior de un computadora cuántica
Hay una carrera entre diferentes empresas (IBM, Google, Microsoft, Intel, Rigetti, D-Wave, Alibaba y otras) por aumentar la cantidad de qubits, tiempos de coherencia, disminuir los errores y otras características de sus sistemas con el objetivo de alcanzar lo que se llama Supremacía Cuántica (quantum supremacy), que es la capacidad de una QC de resolver un problema mucho más rápido que una computadora clásica. En 2019, Google declaró quantum supremacy. Jordi nos explicó que aunque cierto, el problema resuelto era más bien teórico y sin aplicación práctica.
Si querés saber algo más sobre el tema, hay toneladas de videos en YouTube que explican los conceptos (ej: este video de IBM explica en 5 niveles de dificultad y este supuestamente es para normales), pero si realmente querés aprender, te sugerimos el libro que Jordi recomendó en la entrevista: Quantum Computation and Quantum Information.
También podés poner a prueba tus habilidades de desarrollador y hacer el código de una teletransportación cuántica usando una computadora cuántica real, IBM Q, o descargando el QDK (quantum development kit) de Microsoft.
Ahora preparate a escuchar un episodio que te hará volar la cabeza:
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