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¿Qué es y cómo funciona la computación cuántica en la nube?

La computación cuántica además de ser exponencialmente más rápida, garantiza más capacidad de almacenaje y más seguridad. Crédito: IBM.

 

FRANCESCO RODELLA | Tungsteno

Desde hace unos años, parte de la industria tecnológica ha empezado a jugar en una liga nueva: la de la computación cuántica. En enero, por ejemplo, IBM logró ser la primera compañía en sacar de los laboratorios un ordenador que realiza este tipo de cálculos . Empresas y equipos de investigación creen que este tipo de computación permitirá resolver problemas informáticos hasta ahora imposibles. Y ya se han creado modelos en la nube que incorporan máquinas capaces de ejecutarla. ¿Qué supone todo esto?

En primer lugar, algunas aclaraciones. La computación cuántica requiere como unidad de información el cúbit, que aprovecha principios físicos como la superposición y puede representar al mismo tiempo los valores 0 o 1, y no el bit, representación de un sistema numérico binario (0 o 1). Una característica que atribuye a los ordenadores cuánticos un potencial de cálculo exponencialmente más alto que el de los convencionales.

Ahora mismo, la computación clásica tiene un problema, que es que “se está encontrando ya con la gran barrera de la escala atómica, donde los efectos cuánticos son inevitables”, según afirma Miguel Ángel Martín-Delgado, catedrático de la Universidad Complutense de Madrid. Por eso, cree que en la década de 2020 “se va a disparar la necesidad de utilizar mecánica cuántica para hacer computación”. Tanto desde un plano teórico como experimental, ya se ha demostrado ampliamente que este modelo funciona, asegura.

El objetivo actual de centros de investigación y empresas, por tanto, es conseguir la ventaja cuántica, es decir, que una máquina cuántica resuelva algún problema de cálculo importante que ningún ordenador clásico puede superar. Un ejemplo puede ser generar una representación correcta de la química cuántica de una molécula (es decir, su comportamiento fundamental), algo que les cuesta mucho incluso a los ordenadores clásicos más potentes, explica Martín-Delgado. Todavía no se ha desarrollado una máquina capaz de lograr la ventaja cuántica, pero el experto ve probable que ocurra “antes de cinco años”.

Mientras tanto, distintas compañías ya se han volcado en el desarrollo de ordenadores cuánticos cada vez más resistentes y adaptables a las condiciones del entorno (aunque todavía incompletos). Porque construirlos, agrega el catedrático, no está exento de grandes retos: pueden trabajar solo a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 Cº) y necesitan sistemas de alojamiento particulares, así como equipos de mantenimiento altamente especializados. Esto es lo que hace connatural, para que sean útiles, el que interactúen con otras computadoras a través de Internet a la hora de prestar sus servicios, apunta.

Científicos, ingenieros y colaboradores trabajan en el IBM Q Network explorando aplicaciones potenciales para los sistemas cuánticos. Crédito: IBM.

Cúbits en la nube

Por su valor “estratégico”, dice Martín-Delgado, el modelo que se está configurando prevé mantener estos ordenadores en una posición central con respecto a una serie de computadoras clásicas periféricas. “No van a ir directamente a la mesa de una casa o de una oficina, sino que van a competir con los mejores ordenadores estándar actuales, como Watson de IBM o AlphaGo y AlphaZero de Google”.

Esta arquitectura de cloud, por lo tanto, trabaja de manera parecida a la clásica, pero tiene un “corazón cuántico”, dice el experto. Es una nube híbrida que no renuncia a las computadoras convencionales. “Hace falta mucho procesamiento de información rutinaria, que se puede seguir haciendo con ellas”.

La idea de empresas como IBM es vender a las compañías ordenadores cuánticos, instalarlos en centros aptos para su mantenimiento y ofrecer la posibilidad de conectarse a ellos con dispositivos clásicos para solicitar la ejecución de tareas. Así, por ejemplo, una farmacéutica podría pedir a una máquina cuántica, a través de un programa desarrollado con computación clásica, que analice una molécula de interés para una determinada aplicación, mantiene Martín-Delgado. De la misma forma, podrían trabajar otras industrias, como un banco, una aseguradora o una petrolera, agrega.

Los costes, en su opinión, no serían prohibitivos. Según pone como ejemplo, Q System 1, el ordenador cuántico presentado por IBM en el CES de Las Vegas de enero como el primero apto para el uso comercial, puede estar al alcance “de cualquier empresa mediana de EE UU”.

De hecho, ya es posible experimentar cómo funciona el cloud cuántico. Para ello se pueden buscar los simuladores ofrecidos gratuitamente a la comunidad de desarrolladores en la página web de la multinacional estadounidense. Allí se ponen a disposición en acceso libre códigos útiles para aprender programación cuántica. Martín-Delgado asegura que los usa en las clases con sus alumnos. “Si se aplica un algoritmo para hacer búsquedas, se puede notar que son más rápidos que un ordenador clásico”.

La máquina capaz de lograr la ventaja cuántica no existe, pero se empiezan a testar nuevos ordenadores, como el IBM Q System One, que adelantan lo que vendrá. Crédito: IBM.

Nuevas fronteras

El catedrático indica que la computación cuántica, además de ser más rápida y permitir solucionar problemas de gran calado, también garantiza más capacidad de almacenamiento y más seguridad. Y la llegada próxima del 5G incrementará las posibilidades de conexión para sistemas que tengan un núcleo cuántico, apunta.

Incluso, agrega, ya se ven en el horizonte perspectivas a más largo plazo: la primera, en fase experimental, es la computación cuántica a la ciega, un protocolo de seguridad que permite encriptar cálculos en la nube para que los responsables del mantenimiento de una máquina cuántica no puedan acceder a ellos sin permiso; la segunda es el Internet Cuántico, una red en la que tanto los nodos como los canales de comunicación son cuánticos, lo que “aumentaría exponencialmente su poder de almacenamiento”. Martín-Delgado matiza que este tipo de Internet aún está lejos. Pero no duda en sostener que los ordenadores cuánticos abrirán para la humanidad “una nueva frontera del conocimiento”.

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