Computación cuántica: ¿cómo es la nueva era informática en la que compiten Microsoft, IBM y Google?

Microsoft, IBM y Google ven enormes oportunidades y retos en llevar la computación cuántica a enfrentar los mayores problemas del mundo. ¿Suena pretenciosa la frase? En estas empresas aseguran que podrán resolver cuestiones como el calentamiento global y las enfermedades. 

La computación cuántica se refiere a la capacidad de aprovechar las partí­culas subatómicas para realizar operaciones muy complejas. 

Mientras que una computadora convencional almacena información como "bits" en dos estados (1 igual a "on" o 0 como "off"), un equipo cuántico utiliza "qubits" para mantener múltiples estados al mismo tiempo, desencadenando así­ la propiedad de "superposición" de partí­culas cuánticas con poder exponencial.

Los estados múltiples significan básicamente que una computadora cuántica puede procesar muchas cosas en paralelo porque cada partí­cula subatómica es multitarea.

En la conferencia Ignite de Microsoft en la ciudad estadounidense de Orlando, en la que participó iProfesional, a fines de septiembre, el director general ejecutivo de la multinacional informática, Satya Nadella, utilizó la figura de un laberinto para explicar la diferencia entre los equipos cuánticos y el estado actual de la técnica. 

Si una computadora clásica tratara de averiguar el laberinto, Nadella explicó que comenzarí­a por un sendero, golpearí­a una pared, retrocederí­a la pista, comenzarí­a otra vez, golpearí­a una pared, y volverí­a la pista otra vez hasta agotar todas sus opciones. La respuesta se encontrarí­a pero podrí­a tomar mucho tiempo.

"Una computadora cuántica permite codificar la información -no sólo uno o un cero, sino uno y un cero juntos, desbloqueando un paralelismo masivo", dijo.  "Podrí­a tomar cada camino en el laberinto simultáneamente. Ese es el poder del quantum", afirmó.

Microsoft, al igual que otros gigantes informáticos rivales, trata de acelerar la computación cuántica. Nadella, flanqueado por un panel de fí­sicos y matemáticos, anunció un nuevo lenguaje de programación diseñado para ayudar a los programadores a diseñar algoritmos para ejecutar en una computadora cuántica y planea integrar ese lenguaje en Visual Studio, el paquete de lenguajes de Microsoft y herramientas relacionadas.

Las herramientas estarán disponibles de manera gratuita para finales de este año. Los desarrolladores se pueden unir a la comunidad cuántica registrándose aquí­. En la siguiente fotografí­a del autor de esta nota, una demostración de ese lenguaje:

Krysta Svore, investigadora principal de Microsoft en este campo y una de los invitados de Nadella en el escenario de Ignite, dijo que estas herramientas ayudarán a los programadores a construir y probar algoritmos con anticipación y luego simular su uso en una máquina de escritorio o en la nube pública de Microsoft Azure. En el siguiente video del enviado especial de iProfesional, el panel completo:

La iteración del escritorio simularí­a operaciones de 20 qubit mientras que el uso de recursos de computación en la nube de Microsoft Azure extenderí­a ese valor a 40 qubits. 

La palabra "simulación" es clave ya que para poner estas partí­culas en un estado donde se pueden manejar, requiere temperaturas extremadamente bajas.

En la siguiente fotografí­a del autor de la nota, una comparación de las temperaturas de diferentes sistemas informáticos:

La promesa de esta tecnologí­a es crucial. La computación cuántica atacará problemas como el calentamiento global y las enfermedades. Podrí­a resolver los tipos de problemas, que tomarí­an muchas vidas con la tecnologí­a actual, en pocas horas o dí­as.

Sin embargo, los obstáculos siguen siendo desalentadores. Tratar con las partí­culas en un nivel sub-atómico es difí­cil en el mejor de los casos, y la construcción de una computadora de propósito general que puede aprovecharlos sigue siendo un desafí­o.

En la presentación de Nadella y los fí­sicos y en el pabellón de Ignite se exhibió este sistema de procesadores cuánticos, que aparece en las siguientes fotos del autor de la nota:

Un sistema de refrigeración utilizado por BlueFors Cryogenics sirve para ayudar a enfriar los chips cuánticos.

IBMDespués de sentar las bases para las ofertas en las categorí­as tecnológicas emergentes como la inteligencia artificial con Watson, y de blockchain con Hyperledger y Fabric, IBM ve las computadoras cuánticas como una oportunidad de negocio naciente y que será grande.

La empresa abrió en mayo el acceso a su propio sistema de computación cuántica al público. Consiste en un procesador de 5-qubit que cualquier persona puede jugar con él ví­a Internet.

El Gigante Azul considera que el nivel de compromiso de los externos es alentador. Para poner más personas en marcha con la tecnologí­a, la compañí­a lanzó una nueva interfaz de programación de aplicaciones (API, sigla en inglés), que permite a los desarrolladores crear nuevas integraciones de software entre computadoras clásicas.

IBM también lanzó un simulador que puede modelar circuitos de 20-qubit y, en los próximos meses, planea lanzar un completo desarrollo de software para programadores.

Talia Gershon, una cientí­fica de materiales, llegó a IBM Research en 2012. Después de 4 años y medio de desarrollo de la próxima generación de materiales de células solares, se inspiró para aprender acerca de la computación cuántica porque podrí­a permitir todo tipo de descubrimientos, incluyendo nuevos materiales. En la siguiente conferencia, Gershon explica las caracterí­sticas de la computación cuántica:

Para esta multinacional, esto es sólo el comienzo. La compañí­a también tiene planes de hacer la computación cuántica disponible comercialmente en los próximos años.

A pesar de que IBM se negó a especificar un plazo exacto para esta disponibilidad comercial, porque depende de que los investigadores superen muchos obstáculos de ingenierí­a, la compañí­a trata de preparar a los clientes potenciales para pensar en cómo la computación cuántica podrí­a encajar en sus operaciones comerciales dentro de la próxima década.

La compañí­a también espera persuadir a los programadores para que empiecen a experimentar con la tecnologí­a para que puedan usarla algún dí­a para hacer descubrimientos en quí­mica, medicina, logí­stica, finanzas y otras ciencias e industrias. 

La empresa apuesta a que la computación cuántica crecerá a medida que la Ley de Moore -una regla que gobernó el avance de los semiconductores y el poder computacional en las décadas pasadas- alcanza sus lí­mites.

IBM no está sola en el esfuerzo. La compañí­a tiene seis socios que colaboran en hardware cuántico y diseño de software, incluyendo Samsung, JSR, Honda, Hitachi Metals, Canon y Nagase.

GoogleEl gigante de las búsquedas en Internet y sus socios, la NASA y la Asociación de Investigación Espacial de Universidades estadounidenses, experimentaron con esta tecnologí­a de vanguardia en los últimos dos años. 

El objetivo es desarrollar una mejor manera de resolver problemas enormemente complejos como mejorar el control de tránsito aéreo y las operaciones de una planta de desalación de agua, incluso si los datos son un gran revoltijo.

El sistema de computación, ubicado en el Centro de Investigación Ames de la NASA, cerca de Mountain View, California, se asemeja a una gigantesca caja negra que los investigadores que trabajan en ella dicen que está lleno de un chip de computación cuántica y un gigantesco sistema de refrigeración. 

Los investigadores enfatizaron que la computación cuántica todaví­a está en las etapas experimentales y aún no se ha comercializado. 

Rupak Biswas, subdirector de tecnologí­a de exploración de la NASA Ames, comparó el estado de la computación cuántica con el desarrollo temprano de las computadoras convencionales durante las décadas del 30 y del 40 del siglo pasado.

"Esto no es un producto comercial", aclaró. "Esto no es como usted puede ir a su centro comercial y recoger una de estas computadoras cuánticas para que pueda comenzar mensajes de texto y Facetime", el sistema de videoconferencia de Apple, explicó.

ObstáculosUna de las limitaciones de la computación cuántica es que el hardware tiene que ser muy refrigerado para que funcione.  Eso los hace poco prácticos para el uso diario, por lo menos por ahora. 

Otro problema es que los qubits también pueden ser inestables, lo que podrí­a romper un ciclo de computación. 

Los investigadores están tratando de abordar esas cuestiones a través de diferentes medios. Por ejemplo, la técnica de la empresa D-Wave utiliza un campo magnético para realizar operaciones qubit. IBM utiliza lo que llama el modelo de puerta.

A grandes rasgos, el concepto de enfoque de Microsoft, un qubit topológico, es como un nudo en una cadena.  

La historia de la informática muestra que una empresa puede tener una gran influencia sobre una nueva plataforma informática al ofrecer el primer lenguaje popular para ella. 

Por ejemplo, en el advenimiento de la web, Javascript de Netscape despegó porque fueron los primeros en el mercado. Lo mismo podrí­a ocurrir en computación cuántica: el que tenga el primer desarrollo podrí­a dominar el ecosistema.