Explicado: ¿Qué es la supremacía cuántica? - Febrero 2023

La supremacía cuántica es un hito que se ha buscado durante mucho tiempo en la informática, y ahora Google ha anunciado que lo ha alcanzado. Una mirada a la ciencia detrás del concepto, lo que realmente se logró y cuánto queda.

Explicado: ¿Qué es la supremacía cuántica en informática, lograda por Google?Un componente de la computadora cuántica de Google en el laboratorio de Santa Bárbara, California, EE. UU. (Foto vía Reuters)

Esta semana, Google anunció que ha logrado un gran avance llamado supremacía cuántica en informática. ¿Qué significa eso y por qué es importante?



Entonces, ¿qué es la supremacía cuántica?

Es un término propuesto en 2012 por John Preskill, profesor de física teórica en el Instituto de Tecnología de California. Describe el punto en el que las computadoras cuánticas pueden hacer cosas que las computadoras clásicas no pueden. En el caso de Google, investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara afirmaron haber desarrollado un procesador que tardó 200 segundos en hacer un cálculo que a una computadora clásica le habría llevado 10,000 años.





Pero, ¿qué es una computadora cuántica?

Nuestras computadoras tradicionales funcionan sobre la base de las leyes de la física clásica, específicamente utilizando el flujo de electricidad. Una computadora cuántica, por otro lado, busca explotar las leyes que gobiernan el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas. A esa pequeña escala, muchas leyes de la física clásica dejan de aplicarse y entran en juego las leyes únicas de la física cuántica.

Desarrollar una computadora de este tipo ha sido un objetivo de los científicos durante casi cuatro décadas. En 1981, el físico Richard Feynman escribió: Tratar de encontrar una simulación por computadora de la física me parece un excelente programa a seguir ... La naturaleza no es clásica ... y si quieres hacer una simulación de la naturaleza, es mejor que hazlo mecánico cuántico, y por Dios es un problema maravilloso, porque no parece tan fácil.



¿Qué diferencia haría tal simulación?

Se trata de la velocidad de procesamiento. Veamos cómo procesa la información una computadora clásica. Los bits de información se almacenan como 0 o 1. Cada cadena de dichos dígitos (cadenas de bits) representa un carácter o instrucción únicos; por ejemplo, 01100001 representa la a minúscula.


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En una computadora cuántica, la información se almacena en bits cuánticos o qubits. Y un qubit puede ser 0 y 1 al mismo tiempo. La física cuántica involucra conceptos que incluso los físicos describen como extraños. A diferencia de la física clásica, en la que un objeto puede existir en un lugar a la vez, la física cuántica analiza las probabilidades de que un objeto esté en diferentes puntos. La existencia en múltiples estados se llama superposición y las relaciones entre estos estados se llaman entrelazamiento.



Cuanto mayor sea el número de qubits, mayor será la cantidad de información almacenada en ellos. En comparación con la información almacenada en el mismo número de bits, la información en qubits aumenta exponencialmente. Eso es lo que hace que una computadora cuántica sea tan poderosa. Y, sin embargo, como escribió Preskill de Caltech en 2012, la construcción de hardware cuántico confiable es un desafío debido a la dificultad de controlar los sistemas cuánticos con precisión.


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Explicado: ¿Qué es la supremacía cuántica en informática, lograda por Google?Sundar Pichai con una de las computadoras cuánticas de Google en el laboratorio de Santa Bárbara, California, EE. UU. (Foto vía Reuters)

¿Es eso lo que ha logrado Google?

Los investigadores demostraron de lo que es capaz una computadora cuántica. Construyeron una arquitectura de 54 qubits con Sycamore, la computadora cuántica de Google. Si bien uno de estos no funcionó, los otros 53 qubits se enredaron en un estado de superposición.



El equipo compuso una secuencia aleatoria de unas 1.000 operaciones. Cada vez que ejecutaban este algoritmo aleatorio, la computadora cuántica produciría una cadena de bits.

Ahora, es más probable que ocurran algunas cadenas de bits que otras, y es posible identificar cuáles son más probables. Sin embargo, cuanto más complejo es el circuito cuántico aleatorio, más difícil para una computadora clásica identificar las cadenas de bits más probables, y la dificultad crece exponencialmente. La supremacía se logró cuando demostraron que el procesador cuántico solo tomó 200 segundos para calcular un algoritmo aleatorio súper complejo, mientras que la supercomputadora más rápida habría tardado 10,000 años, dijo Google en un correo electrónico.



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Entonces, ¿de qué sirve eso?

Ninguno, en lo que a aplicaciones prácticas se refiere. La tarea realizada no es muy importante para este hito; se trata mucho más del hecho de que el hito ocurrió en primer lugar, decía el correo electrónico de Google. Citó a los hermanos Wright como una analogía: para que demostraran que la aviación es posible, no importaba tanto hacia dónde se dirigía el avión, dónde despegaba y aterrizaba, sino que podía volar en absoluto.



¿Están todos convencidos?

IBM ha cuestionado la afirmación de Google de que su cálculo cuántico no podría realizarse con una computadora tradicional. En una publicación de blog, IBM ha afirmado que el cálculo descrito por los investigadores de Google podría lograrse con una computadora existente en menos de dos días y medio, no 10,000 años.

Por cierto, la propia IBM reclamó un gran avance en la computación cuántica el jueves. Sus investigadores lograron un gran avance en el control del comportamiento cuántico de los átomos individuales, demostrando un nuevo bloque de construcción versátil para la computación cuántica, dijo IBM en su sitio web. El artículo se publica en la revista Science. La investigación de Google aparece en Nature.

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¿Qué sigue?

Los científicos buscan mejorar su trabajo, incluida la detección y corrección de errores. La Universidad de California en Santa Bárbara señaló que la investigación ya ha logrado una herramienta muy real para generar números aleatorios. Los números aleatorios pueden ser útiles en una variedad de campos, incluida la protección de claves cifradas para el descifrado, que podría ser un tema potencialmente espinoso para los gobiernos.


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Las computadoras cuánticas algún día podrían resultar en grandes avances en la investigación científica y la tecnología. Entre las áreas que pueden ganar se encuentran la inteligencia artificial y las nuevas terapias con medicamentos. Todo eso, sin embargo, está muy lejos.

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