Las computadoras del mañana.

Uno de los laboratorios en QuTech, un instituto de investigación holandés, es el responsable de algunos de los trabajos más avanzada del mundo en la computación cuántica, pero se ve como un centro de pruebas de climatización. Escondido en un rincón tranquilo del edificio de ciencias aplicadas de la Universidad Tecnológica de Delft, el espacio está desprovisto de gente. Zumbando con ondas resonantes como si estuviera ocupado por un enjambre de saltamontes eléctricos, está lleno de enredos de tubos aislados, cables y dispositivos de control que salen de grandes cilindros azules en tres y cuatro patas.

Dentro de los cilindros azules, esencialmente refrigeradores sobrealimentados, cosas misteriosas cuánticas están sucediendo donde nanoalambres, semiconductores y superconductores se encuentran a apenas un pelo por encima del cero absoluto. Es aquí, en los límites de la física, que los materiales sólidos dan lugar a las llamadas cuasipartículas, cuyo comportamiento inusual les da el potencial de servir como los componentes clave de las computadoras cuánticas. Y este laboratorio en particular ha dado grandes pasos para finalmente llevar a buen término esas computadoras. En unos pocos años podrían reescribir el cifrado, la ciencia de los materiales, la investigación farmacéutica y la inteligencia artificial.

Cada año surge la computación cuántica como candidato para esta lista de Tecnologías innovadoras, y cada año llegamos a la misma conclusión: todavía no . De hecho, durante años los qubits y las computadoras cuánticas existieron principalmente en papel, o en experimentos frágiles para determinar su viabilidad. (La compañía canadiense D-Wave Systems ha estado vendiendo máquinas que llama computadoras cuánticas por un tiempo, usando una tecnología especializada llamada recocido cuántico. El enfoque, dicen los escépticos, es, en el mejor de los casos, aplicable a un conjunto muy restringido de cálculos y podría no ofrecer velocidad ventaja sobre los sistemas clásicos.) Este año, sin embargo, una serie de diseños previamente teóricos en realidad se están construyendo. También es nuevo este año la mayor disponibilidad de fondos corporativos, de Google , IBM e Intel., y Microsoft , entre otros, tanto para la investigación como para el desarrollo de diversas tecnologías necesarias para construir realmente una máquina en funcionamiento: microelectrónica, circuitos complejos y software de control.

El proyecto en Delft, dirigido por Leo Kouwenhoven, profesor recientemente contratado por Microsoft, tiene como objetivo superar uno de los obstáculos más antiguos para la construcción de computadoras cuánticas: el hecho de que los qubits, las unidades básicas de información cuántica, son extremadamente susceptibles al ruido y, por lo tanto, al error. Para que los qubits sean útiles, deben lograr tanto la superposición cuántica (una propiedad como estar en dos estados físicos simultáneamente) como el enredo (un fenómeno donde los pares de qubits están vinculados para que lo que le sucede a uno pueda afectar instantáneamente al otro, incluso cuando están físicamente separados). Estas delicadas condiciones se alteran fácilmente por la menor perturbación, como vibraciones o campos eléctricos fluctuantes.

Un aval hacia la seguridad.

Las computadoras cuánticas serán especialmente adecuadas para factorizar grandes cantidades (lo que facilita descifrar muchas de las técnicas actuales de cifrado y, probablemente, proporcionar reemplazos imposibles de descifrar), resolver complejos problemas de optimización y ejecutar algoritmos de aprendizaje automático. Y habrá aplicaciones que nadie ha imaginado todavía.

Computadoras cuánticas prácticas
  • AvanceLa fabricación de qubits estables, la unidad básica de las computadoras cuánticas.
  • Por qué importaLas computadoras Quantum podrían ser exponencialmente más rápidas para ejecutar programas de inteligencia artificial y manejar simulaciones complejas y problemas de programación. Incluso podrían crear un cifrado no cifrable.
  • Jugadores clave– QuTech
    – Intel
    – Microsoft
    – Google
    – IBM
  • Disponibilidad4-5 años

Pronto, sin embargo, podemos tener una mejor idea de lo que pueden hacer. Hasta ahora, los investigadores han construido computadoras de cinco qubits totalmente programables y sistemas de prueba de 10 a 20 qubits más frágiles. Ninguna clase de máquina es capaz de mucho. Pero el jefe del esfuerzo de computación cuántica de Google, Harmut Neven, dice que su equipo está en camino de construir un sistema de 49 qubits dentro de un año. El objetivo de alrededor de 50 qubits no es arbitrario. Es un umbral, conocido como supremacía cuántica, más allá del cual ningún superordenador clásico sería capaz de manejar el crecimiento exponencial en la memoria y el ancho de banda de comunicaciones necesarios para simular su contraparte cuántica. En otras palabras, los mejores sistemas de supercomputación actualmente pueden hacer todas las mismas cosas que pueden hacer las computadoras cuánticas de cinco a veinte qubits, pero en alrededor de cincuenta qubits esto se vuelve físicamente imposible.

Todos los investigadores cuánticos académicos y corporativos con los que hablé coincidieron en que entre 30 y 100 qubits -particularmente qubits lo suficientemente estables para realizar una amplia gama de cálculos para duraciones más largas- es donde las computadoras cuánticas comienzan a tener valor comercial. Y tan pronto como de dos a cinco años a partir de ahora, es probable que dichos sistemas estén a la venta. Con el tiempo, se esperan sistemas de 100.000 qubits que interrumpan los materiales, la química y las industrias farmacéuticas al hacer posibles modelos de escala molecular precisos para el descubrimiento de nuevos materiales y medicamentos. ¿Y un sistema de un millón de qubits físicos, cuyas aplicaciones informáticas generales aún son difíciles de comprender? Es concebible, dice Neven, “dentro de 10 años”.

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