Aunque la computación cuántica ya haya salido de los laboratorios e ingresado al circuito comercial, su idoneidad para operar en escenarios de la vida real aún se pone en duda. Mientras que D-Wave, la empresa referente en esta flamante industria, anuncia nuevos chips cuánticos con mayores cantidades de qubits, otros aspirantes (entre ellos, Microsoft e IBM) buscan sumarse a la búsqueda del “santo grial” de la computación cuántica: una máquina versátil, eficiente y escalable que resuelva una amplia gama de problemas.
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La empresa D-Wave, dedicada de lleno a la computación cuántica, anunció el pasado mes de septiembre el lanzamiento comercial del mayor chip cuántico creado hasta la fecha, con una capacidad de 2.000 qubits (bits cuánticos), el doble que el que le sigue en escala. Está previsto que el chip comience a comercializarse el año próximo, prometiendo solidificar la posición de D-Wave en la cresta de la ola de la computación cuántica; un área potencialmente revolucionaria que podría cambiar el mundo informático tal como lo conocemos.

“Nuestro foco está puesto en entregar tecnología cuántica para clientes en el mundo real” – Vern Brownell, CEO de D-Wave

Pero a pesar de la confianza de D-Wave en su reciente creación, el mundo científico se muestra escéptico con respecto a las ventajas de las computadoras cuánticas de esta empresa por sobre las computadoras normales. Colin Williams, director de desarrollo de negocios de D-Wave e investigador en computación cuántica, asegura que el nuevo chip “no sólo es más grande, sino que también está mejorado en muchos otros aspectos”.

Los chips de la firma D-Wave operan de acuerdo a un proceso conocido como “templado cuántico” (quantum annealing). Este proceso se utiliza para resolver problemas de optimización, en los que se debe elegir un conjunto de variables que maximiza o minimiza un determinado resultado. Por ejemplo, encontrar la ruta más rápida entre dos puntos, existiendo gran cantidad de caminos entre los que optar. El templado cuántico consigue reducir el problema de optimización a una especie de mapa topográfico con picos y valles, en donde la respuesta al problema de optimización la representa el punto con el valle más profundo de ese mapa. Mientras las computadoras tradicionales, basadas en lógica binaria de unos y ceros, deben recorrer la totalidad del mapa para encontrar ese punto, las computadoras cuánticas (que usan bits cuánticos, o qubits, capaces de representar 1, 0, o ambos a la vez) pueden atravesar el conjunto de soluciones y hallar el punto más bajo en mucho menos tiempo.

Williams asegura que el templado cuántico es la mejor manera de concebir una computadora cuántica, y que otras alternativas son demasiado teóricas. El científico señala que la computación cuántica topológica (la alternativa que está explorando Microsoft) depende de la creación de exóticas cuasi-partículas, las cuales son muy difíciles de producir y aún más difíciles de utilizar con fines prácticos. “Estamos en etapas muy iniciales de la posibilidad de crear estas partículas, y más aún de llegar a realizar operaciones con ellas”, opina Williams, por lo que asegura que el templado cuántico “posee tremendas ventajas por sobre otros esquemas”.

“Nuestro foco está puesto en entregar tecnología cuántica para clientes en el mundo real”, dijo Vern Brownell, CEO de D-Wave, durante el anuncio de su chip cuántico de 2.000 qubits. “A medida que escalamos nuestros procesadores, estamos agregando características y capacidades que dan a los usuarios nuevas formas de resolver problemas. Estas nuevas características pueden habilitar aplicaciones de aprendizaje de máquina que creemos que no están disponibles en sistemas clásicos. También estamos desarrollando herramientas de software y entrenando a la primera generación de programadores cuánticos, los cuales empujarán hacia delante el desarrollo de aplicaciones comerciales prácticas para los sistemas cuánticos”.

ESCEPTICISMO CUÁNTICO

Varios investigadores opinan que los beneficios del método de templado cuántico de D-Wave nunca han sido probados. Un estudio publicado en la revista Science en el año 2014 por un conjunto de respetados científicos señaló que las tareas llevadas a cabo por las máquinas cuánticas de D-Wave no se ejecutaban más velozmente que en computadoras convencionales. Los científicos buscaban evidencia de la “aceleración cuántica”: una particularidad teórica de las computadoras cuánticas, que sostiene que cuantos más cálculos se les da para realizar, mayor diferencia de velocidad demuestran en relación a las computadoras tradicionales. El trabajo publicado en Science no descartaba la posibilidad de que eventualmente D-Wave conseguiría materializar la elusiva aceleración cuántica, pero no encontró evidencia de que dicha aceleración se hubiera logrado ya.

Los escépticos indicaron que los trabajos científicos publicados por D-Wave y sus empresas asociadas comparaban sus chips de 15 millones de dólares con procesadores como los que se encuentran en PCs de uso común. Además, argumentaron que los testeadores elegían desafíos computacionales optimizados para los chips D-Wave, lo cual hizo posible que la tecnología cuántica de esta empresa lograra velocidades 100 millones de veces más altas que los microprocesadores convencionales.

EL TURNO DE MICROSOFT

D-Wave no es la única empresa embarcada en proyectos que involucran tecnología de computación cuántica. Existen otras iniciativas, como la de IBM y la de Microsoft. La empresa creadora de Windows no quiere quedarse atrás en la carrera de la computación cuántica y ha lanzado su propia iniciativa en esta materia, llamada computadora cuántica topológica.

En una publicación en su blog, Microsoft anunció la expansión de sus esfuerzos para crear su propia máquina cuántica y la contratación de un equipo de líderes en la materia. Leo Kouwenhoven y Charles Marcus son ambos expertos en computación cuántica. El primero es responsable del descubrimiento de que las partículas llamadas Majorana, las cuales fueron teorizadas en 1937, realmente existen. Ambos investigadores llevan años colaborando con Microsoft, pero hasta el momento la compañía de Redmond no había hablado de sus proyectos cuánticos.

Las computadoras cuánticas necesitan sistemas de enfriamiento extremos y técnicas de fabricación de avanzada que las hacen inadecuadas para un rápido despliegue comercial. Lo que la computación cuántica promete es la capacidad de utilizar su poder de cómputo para resolver cierta clase de problemas mucho más rápida y eficientemente que lo que consiguen lograr los sistemas convencionales. En algunos casos, se considera que las computadoras son teóricamente capaces de resolver problemas que las computadoras comunes no conseguirían resolver en todo el tiempo de vida del universo.

Para que semejante poder de cómputo pueda usarse con fines prácticos, es necesario desarrollar también nuevas clases de software, y Microsoft está dedicando un esfuerzo por demás considerable para crear programas que puedan correr en computadoras cuánticas. No está claro cuándo estos esfuerzos darán fruto, o si lo harán alguna vez. Pero una computadora cuántica plenamente funcional que pudiera resolver los problemas que las máquinas de D-Wave no pueden, sería un logro revolucionario. Podría ser que nunca logre achicarse hasta un tamaño que quepa en un bolsillo, pero bien podría ser algo capaz de cambiar el mundo.

Otras iniciativas exploran distintos caminos para llegar al santo grial de la computación cuántica. IBM puso sus logros cuánticos a disposición del gran público por medio de su infraestructura de nube. En mayo de este año, la empresa anunció que permitiría a investigadores, programadores y el público en general acceder y experimentar con su computadora cuántica. Si bien la máquina de IBM cuenta sólo con cinco qubits, se trata de una computadora arquitectónicamente distinta a la templadora cuántica de D-Wave.

Mientras que la creación de D-Wave, con su topología escasamente conectada, apunta a la resolución de un tipo específico de problemas de optimización, la máquina de IBM es una computadora cuántica universal. Si bien sus cinco qubits no son muy útiles para resolver problemas reales, la intención de IBM es demostrar que su arquitectura puede ser aplicada en una gama de situaciones mucho más amplia, asumiendo que la cantidad de qubits pueda escalar hacia arriba.

El sitio de IBM para su proyecto de computadora cuántica explica algunos de los detalles y diferencias entre las diversas clases de computadoras cuánticas, en formas con las que D-Wave probablemente discreparía. Por ejemplo, IBM señala que “existe consenso en la comunidad científica con respecto a que una templadora cuántica no ofrece ventajas comprobables por sobre las arquitecturas computacionales convencionales”.

EL PROBLEMA DEL ESCALAMIENTO

Los chips cuánticos de D-Wave, con sus cientos o miles de qubits, tienen a la comunidad científica debatiendo acerca de si aprovechan o no las ventajas de los efectos cuánticos para acelerar la resolución de problemas complejos. Mientras tanto, distintos equipos de investigadores trabajan para desarrollar soluciones cuánticas que sean capaces de escalar más allá de unos pocos qubits.

Un equipo de investigación de la Universidad de Maryland anunció la creación de un módulo versátil de computación cuántica que consta de cinco qubits. El equipo asegura que dicho módulo será capaz de escalar, permitiendo que una serie de unidades de cómputo se conecten en serie para dar forma a una genuinamente poderosa computadora cuántica.

El nuevo dispositivo emplea cinco iones de iterbio atrapados en una hilera mediante un fuerte campo magnético. Al disparar pulsos láser hacia los iones, los investigadores pueden afectar sus estados eléctricos, codificando información cuántica en ellos. Dado que los átomos están todos cargados, ejercen una fuerza entre sí. Mediante un ajuste cuidadoso del campo electromagnético que mantiene a los iones en su lugar, los investigadores pueden variar las contribuciones que crean estas fuerzas, permitiéndoles dictar cómo la información cuántica que contienen los iones interactúa a lo largo del dispositivo.

En otras palabras, pueden usar los iones atrapados para llevar a cabo operaciones de lógica cuántica. En un paper publicado en el servidor arXiv, el equipo de investigación explica que el dispositivo ya puede ser utilizado para implementar diversos algoritmos cuánticos diferentes. En ese sentido, resultan superiores a la mayoría de las computadoras cuánticas de la actualidad, que hasta el momento tienden a estar limitadas a conjuntos de tareas muy específicos.

El equipo de investigación aún está por demostrar si su módulo de iones atrapados es capaz de combinarse con otros y escalar hasta la creación de una verdadera computadora cuántica de mayor tamaño. Por el momento, es cuestión de esperar para ver el avance de ésta y de las otras iniciativas que buscan materializar el sueño de una máquina capaz de escalar y resolver una amplia gama de problemas complejos a velocidades astronómicas y en forma eficiente. Lo que hemos ver hasta ahora es sólo el comienzo.