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.