By En septiembre del año pasado, Google anunció un hito para la ciencia del siglo XXI: en 200 segundos, una computadora cuántica logró resolver un problema que hubiese tomado 10.000 años en resolver. El avance fue llamado “la supremacía cuántica” y fue publicado en la revista Nature. Jhon Martins, un físico experimental de la Universidad de California, Santa Bárbara, dijo: “Es probable que el tiempo de simulación clásica, que actualmente se estima en 10.000 años, se reduzca mediante un hardware y algoritmos clásicos mejorados. Pero dado que actualmente somos 1,5 billones de veces más rápidos, nos sentimos cómodos al reclamar este logro”.
En esa ocasión, el rival tecnológico de Google, IBM –quien también ha anunciado la creación de computadores cuánticos– emitió un comunicado en donde instaba a la comunidad científica “a tratar las afirmaciones de que, por primera vez, una computadora cuántica hizo algo que una computadora clásica no puede con una gran dosis de escepticismo”.
“El avión de los hermanos Wright voló solo 12 segundos, pero demostró que podía volar”, dijo el CEO de Google, Sundar Pichai. Es decir que el año pasado, el problema era que el avance científico no tenía aplicación práctica. Solo demostró ser posible.
Hoy, Google anunció que su supercomputadora logró aplicarse al mundo real: simular con éxito una reacción química simple. La hazaña señala el camino hacia la química cuántica, que podría ampliar la comprensión de los científicos sobre las reacciones moleculares y conducir a descubrimientos útiles, como mejores baterías, nuevas formas de producir fertilizantes y métodos mejorados para eliminar el dióxido de carbono del aire, según Scientific American.
Pero primero, un paréntesis: ¿qué es una computadora cuántica? Como explicó El Espectador, para entender qué es hay que empezar por hacer la odiosa comparación entre un computador clásico y un cuántico. No solo se trata de que el segundo sea más poderoso y complejo que el primero. Un computador clásico usa bits, es decir, códigos binarios de un solo valor –0 y 1–. En un computador cuántico, un bit puede representar ambos estados, es decir, 0 y 1 a la vez, y todos los estados intermedios. Ya no hablamos de bits, sino de qubits.
Si tomamos prestada la metáfora del editor de tecnología de la revista Scientific American, Larry Greenemeier, diríamos que hay que comparar los dos tipos de computador con una moneda: “un qubit es una moneda: con un bit digital de cara o cruz hacia arriba, es decir, 0 ó 1. Con el qubit, la moneda gira sobre la mesa y no se puede ver si ha salido cara o cruz. Trescientas monedas, todavía un número relativamente pequeño, representarían más estados que átomos en el universo”. Según explica DW, si dos monedas rotan al mismo tiempo, independientemente de la distancia a la que estén, tienen el mismo estado. En el momento en que la moneda caiga a un lado y muestre cara o cruz, entonces se rompería el entrelazamiento cuántico. Y como los qubits están en estados distintos simultáneamente, son capaces de realizar más cálculos que los bits convencionales.
Volviendo al avance anunciado por Google, la explicación a este avance la tienen los investigadores en el blog en donde explican paso a paso su investigación sobre mecánica cuántica desde hace varios años: “Mediante el uso de una computadora cuántica, que por su propia naturaleza aprovecha las propiedades mecánicas cuánticas únicas para manejar cálculos intratables a su contraparte clásica, se pueden lograr simulaciones de procesos químicos complejos”.
Como señala Scientific American, el experimento de “superioridad cuántica” del año pasado se ejecutó en un chip denominado Sycamore, que contenía 53 bits cuánticos superconductores, o qubits. Enfriados hasta casi el cero absoluto, los qubits adquieren propiedades mecánicas cuánticas, lo que permite a los científicos manipularlos de formas más complicadas y útiles que los simples flujos de corriente “on / off” que componen los bits de las computadoras clásicas. La esperanza es que algún día, las computadoras cuánticas sean lo suficientemente poderosas como para realizar rápidamente cálculos que tomarían la vida del universo para que una computadora clásica los complete.
Según la publicación del blog, “en nuestro experimento, usamos un eigensolver cuántico variacional (VQE) resistente al ruido para simular directamente un mecanismo químico a través de un algoritmo cuántico. Aunque el cálculo se centró en la aproximación Hartree-Fock de un sistema químico real, era dos veces más grande que los cálculos químicos anteriores en una computadora cuántica y contenía diez veces más operaciones de puerta cuántica”.
El equipo, que publicó su artículo, “Hartree-Fock en una computadora cuántica Qubit superconductora”, en Science, dijo que validaron que los algoritmos que se están desarrollando para las computadoras cuánticas disponibles actualmente pueden lograr la precisión requerida para las predicciones experimentales.
Cabe aclarar que la simulación también podría hacerse en un computador convencional y de hecho fue hecho con la ayuda de un computador convencional, así que el invento valida la metodología más que descubrir una nueva forma de hacer cálculos.
En todo caso, el avance abre una puerta para aplicaciones en industrias multimillonarias como la de la seguridad privada. Según El País de España, la aplicación más obvia de la tecnología cuántica es la criptografía. “Los sistemas de seguridad actuales están protegidos por claves criptográficas que pueden ser más o menos descifrables según su complejidad y lo hábiles que sean los hackers que tratan de vulnerarlos. Pero la tecnología cuántica cambia completamente las reglas del juego, así que hay que encontrar un nuevo protocolo de seguridad que proteja los datos, pero no ya los del futuro, sino los de hoy”, escribe la periodista científica Patricia Fernández.
Como contó El Espectador, si llegan a funcionar los computadores cuánticos, como lo apuntó Martin Giles en la revista MIT Technology Review en un artículo sobre cómo China ya dio importantes pasos en este terreno, “las máquinas podrían usarse para descubrir nuevos materiales y medicamentos ejecutando simulaciones de reacciones químicas que son demasiado complejas para las computadoras clásicas. También podrían impulsar la inteligencia artificial… podrían transmitir datos confidenciales para transacciones financieras y proporcionar mayor secreto para las operaciones y comunicaciones militares. Los investigadores también están trabajando en sensores cuánticos que permitirían a los submarinos navegar sin depender de las señales de los satélites, y un radar cuántico que podría detectar aviones sigilosos”.
El Espectador
