• Prof. Cerebrón

Google se acerca a la supremacía cuántica con su supercomputadora

Según la Ley de Moore, los transistores en un microprocesador aumentan al doble cada dos años. Esto ha hecho que los sistemas electrónicos cada vez sean más pequeños. Un claro ejemplo de eso es que en el 2004-2005 las memorias portátiles eran capaces de almacenar a lo mucho 1 GB; en el 2019 ya existen de 2 TB. Aun así, llegará un límite de almacenamiento o procesamiento usando este método “clásico”. Esto es debido a que al hacer cada vez más pequeños los dispositivos, circuitos, conexiones, procesadores y memorias llegará el punto en el que se topen con el límite físico atómico.




Sin embargo, el humano no se ha quedado ahí. Si un átomo es un límite físico, debemos de superarlo yendo todavía más pequeños, es decir, partículas subatómicas. Por lo tanto, se han desarrollado computadoras cuánticas, que sean capaces de procesar, almacenar y transmitir información de manera eficiente usando cuantos en lugar de átomos.


En 1981, Paul Benioff fue el primero en proponer que las leyes cuánticas pueden ser usadas para la computación. En la computación clásica, los bits toman valores de lenguaje binario: 0 y 1. En contraste, en la computación cuántica, el equivalente al bit, llamado cubit, puede tener el valor de 0 y 1 y de 1 y 0 al mismo tiempo. Esto obviamente trae algunos problemas ya que es complicado tratar de controlar, dominar e interpretar las incertidumbres cuánticas. En el 2012, el físico de Caltech, John Preskill, acuñó el término “supremacía cuántica” que se refiere a lograr correr un algoritmo en una computadora cuántica que pueda resolver un problema con una aceleración súper polinomial en comparación a las computadoras clásicas.


No obstante, Google afirma que ha desarrollado una computadora cuántica capaz de resolver un problema en cuestión de segundos y que a una computadora clásica le costaría muchísimo tiempo como lo ha publicado Nature. Los investigadores de Google usaron una computadora llamada “Sycamore” para realizar una tarea llamada “muestreo de circuito aleatorio”.


Básicamente, los científicos realizaron una secuencia de operaciones aleatorias usando 53 cubits midiendo sus valores. Después de repetir el proceso varias veces, el equipo obtuvo una distribución de números casi aleatoria debido a los efectos cuánticos. Esa distribución resultante es muy difícil de calcular con una computadora clásica. Este proceso de repetir el muestreo un millón de veces, le tomó 200 segundos (3 min y 20 segundos) a Sycamore. En contraste, mencionaron que a una supercomputadora clásica le tomaría 10 mil años. Aun con esta hazaña, algunos investigadores siguen escépticos ante la auto proclamación de Google, ya que el problema resuelto fue diseñado para analizar las fortalezas de las computadoras cuánticas en comparación de las clásicas.

Hacer que una computadora pueda realizar cálculos cuánticos complejos en la escala de supremacía cuántica es una exploración de la física que nunca habíamos podido hacer. Según afirman John Martinis y Sergio Boixo, con el primer cálculo cuántico que no se puede emular razonablemente en una computadora clásica, se ha abierto un nuevo ámbito de la computación para explorar. Esto se debe a que la supremacía cuántica es un desafío al principio Church-Turing, que establece que todos los tipos razonables de cómputo pueden ser realizados por computadoras clásicas. Si el reclamo de supremacía es correcto, sería la primera violación de ese principio.


Debido a esto, los investigadores de IBM cuestionan los logros de Google, ya que afirman que Google exagera en decir que tomaría 10 mil años a una supercomputadora, sino que podría realizarlo en 2.5 días gracias a técnicas de algoritmos mejorados. IBM compite cuerpo a cuerpo en el desarrollo de computadoras cuánticas y también ha logrado crear una de 53 cubits. El rendimiento de la computadora de IBM no llega al nivel de supremacía cuántica, y definieron un nivel llamado volumen cuántico que incorpora una variedad de factores, como cuán propensos a errores son los cubits y cuánto tiempo conservan sus propiedades cuánticas. De ahí que IBM afirma que Google aun no ha podido alcanzar la supremacía cuántica. No obstante, IBM no ha puesto a prueba su supercomputadora a hacer ese cálculo por lo que existe controversia.



Alcanzar la supremacía cuántica no es como romper récords olímpicos de carreras, en cambio, es posible que antes de alcanzar ese límite, haya una zona de estancamiento. Esto no es motivo de decepción, sino de motivación ya que pone en marcha el nuevo nivel de control de los cubits. Finalmente, todo esto, tanto de Google como de IBM tienen el objetivo de construir la computadora cuántica más poderosa del mundo y demostrar que las cosas van por buen camino.


Por lo tanto, una vez que los investigadores controlen las incertidumbres de las computadoras cuánticas, estas máquinas podrían solucionar problemas muy complejos y útiles como reacciones químicas a niveles cuánticos, comunicaciones, problemas de aeronáutica y exploración espacial, así como procesamiento de datos que nos ayuden a entender mejor la mecánica cuántica. Aun se ven lejanos estas innovaciones, pero la dirección está puesta hacia la supremacía cuántica. Pero eso no le quita mérito a Google, es un experimento impresionante, ya que esto prepara el terreno a donde nunca ha ido el humano.


Como siempre, gracias por leerme.


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