El gran momento de la computación cuántica está a punto de ocurrir, pero aún se tienen que superar infinidad de obstáculos tecnológicos para lograr el ansiado objetivo de derribar las barreras que limitan la velocidad de las computadoras actuales: cuando las computadoras cuánticas alcancen la madurez conseguirán el mayor aumento de rendimiento en toda la historia de la tecnología.
Según los expertos, esta tecnología todavía permanece en la edad adolescente porque los actuales prototipos son propensos a cometer errores y son inestables, aunque han demostrado ser mejores que las supercomputadoras en una tarea concreta.
A grandes rasgos, los investigadores describen la tecnología actual como computadoras cuánticas de escala intermedia ruidosa (NISQ, por sus siglas en inglés), lo que sitúa al campo en esa era.
Para aprovechar la ventaja computacional del denominado cúbit hay que sortear un difícil problema: las superposiciones cuánticas de estados permiten trillones de combinaciones y, por lo tanto, la casi infinita capacidad de computación es muy sensible al medio ambiente. Cualquier mínima circunstancia del entorno (temperatura, ruido electromagnético o vibración) degrada las superposiciones y genera errores.
Además, las computadoras cuánticas existentes son en este momento poco fiables para ejecutar los algoritmos soñados en este campo. Los investigadores aún no han conseguido que un prototipo de hardware cuántico haga nada práctico, aunque sí han demostrado prototipos de máquinas capaces de resolver rompecabezas matemáticos, como por ejemplo el algoritmo informático cuántico Shor para factorizar números más rápidamente que una supercomputadora de última generación.
Pese a la incertidumbre sobre el futuro de estas máquinas Google, IBM y otras empresas apuestan fuertemente por esta tecnología. Esto contribuye a que la computación cuántica esté siempre presente en las estrategias de grandes compañías de sectores que van desde las finanzas, como J.P. Morgan, hasta la industria aeroespacial, como Airbus.
México
Los gobiernos y las universidades también trabajan para formar mano de obra con conocimientos cuánticos. En 2020, el gobierno de Estados Unidos lanzó una iniciativa para desarrollar un plan de estudios K-12 relacionado con la computación cuántica. Ese mismo año, la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, ofreció la primera licenciatura del mundo en Ingeniería Cuántica.
Precisamente, en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) la computación cuántica ha dejado de ser solo teoría para convertirse en una realidad con la adquisición de las primeras dos computadoras cuánticas portátiles que se encuentran ya en funcionamiento en la Facultad de Ingeniería (FI).
La Máxima Casa de Estudios se convierte así en la primera institución de su tipo en América Latina que cuenta con esta tecnología “que inaugura una nueva era, la cual permitirá analizar, procesar y potencializar nuestras labores docentes, principalmente en el área de ingeniería eléctrica y computación”, avala en entrevista con Vértigo el profesor Alejandro Vázquez Mena, jefe de la División de Ingeniería Eléctrica de la FI.
Dice el docente universitario que desde hace diez años la UNAM planeaba introducir el estudio integral de esta innovadora tecnología, por lo cual él y sus colegas Boris Escalante y Rocío Aldeco sugirieron la adquisición de los aparatos que “permitirán, por mucho, actualizar las labores de docencia e investigación en nuestra facultad y se comenzará a involucrar al estudiantado en la formación del cómputo cuántico, que hasta ahora habíamos abordado solo de manera teórica”.
Las computadoras cuánticas portátiles se presentaron a la comunidad universitaria el pasado 24 de noviembre. Con ellas los alumnos de Ingeniería en Computación tendrán estas nuevas herramientas computacionales “para comenzar a aprender con ellas temas de machine learning, Inteligencia Artificial (IA), ciberseguridad o administración matemática de procesos, y así tener más elementos para insertarse en el campo laboral y desarrollar de mejor manera sus investigaciones a nivel licenciatura y posgrado”.
A simple vista las computadoras cuánticas portátiles parecen impresoras con escáner. Las fabrica la compañía china SpinQ. Cada una pesa 14 kilos, mide 35 por 26 por 20 centímetros y tiene un precio de 300 mil pesos.
Cabe recordar que el bit es la unidad básica de información en las ahora renombradas computadoras clásicas, pero las cuánticas trabajan con el cúbit (bit cuántico), “una entidad abstracta” que se almacena en un átomo de hidrógeno. Su funcionamiento se basa en una tecnología similar que hace posible echar a andar las máquinas de resonancia magnética. Para explicar el concepto del cúbit y sus posibilidades hay que sumergirse, precisamente, en la mecánica cuántica, en temas e ideas que a veces lindan con la ciencia ficción.
“La capacidad de cada SpinQ modelo Gemini Mini Pro que ahora posee la UNAM es de dos cúbits, que no se compara con las megacomputadoras cuánticas de empresas como IBM y Google, dueñas de aparatos de hasta 70 cúbits que ocupan enormes habitaciones y llegan a costar diez millones de dólares. Pero dos cúbits en cada aparato son más que suficientes para que la FI comience a formar a sus estudiantes en programación de sistemas cuánticos, disciplina que tiene un gran potencial”, ratifica el experto en estas máquinas que aprovechan la intrincada y contraintuitiva física del mundo subatómico.
La FI dio a conocer que a partir del próximo año se abrirán convocatorias para que profesores y alumnos propongan proyectos e iniciativas con el fin de utilizar las SpinQ. Así inicia la era del cómputo cuántico en la UNAMy garantiza la formación de activos en una tecnología que solucionará en segundos problemas que las máquinas convencionales más potentes tardarían miles de años en resolver.
Vázquez Mena refiere que las computadoras clásicas codifican la información con ceros y unos, mientras los cúbits de las cuánticas pueden tener dos o tres valores de manera simultánea, lo que a la hora del procesamiento da más velocidad.
A través de una aplicación remota, continúa, cada computadora cuántica portátil tiene la capacidad de conectar hasta a 30 personas que pueden subir archivos o cargar sus programas, a la manera de un servidor.
“Para el mejor aprovechamiento de los equipos la FI replanteará el plan de estudios de todas las carreras que imparte, principalmente en la Ingeniería en Computación, en la que se añadirán, por ejemplo, materias de física moderna con la finalidad de que los alumnos tengan elementos para comprender más rápido la computación cuántica”, comparte.
Maestro en Ciencias e Ingeniería de la Computación, adelanta: “Esos nuevos planes de estudio estarán listos en aproximadamente un año. Mientras tanto, nuestros pioneros cuánticos (profesores y algunos alumnos) se comenzarán a formar con cursos de temas selectos, talleres o congresos para que después, cuando estén listos los nuevos programas de estudio, tengamos ya los recursos humanos que enseñen todo esto a nuestros estudiantes.”
Muchas de las líneas de investigación que se pueden desarrollar con las computadoras cuánticas, puntualiza, “tienen que ver, por supuesto, con la IA, la ciberseguridad, el machine learning y los algoritmos de optimización. En general, para el uso de esta nueva tecnología, la imaginación es el límite”.
Momentos estelares cuánticos
• 1980 El físico Paul Benioff sugiere que la mecánica cuántica se podría utilizar para la computación.
• 1981 El físico Richard Feynman, ganador del Nobel, acuña el término “computadora cuántica”.
• 1985 El físico David Deutsch, de Oxford, diseña el funcionamiento de una computadora cuántica, un modelo que sirve de base a la incipiente industria actual.
• 1994 El matemático Peter Shor, de los Laboratorios Bell, escribe un algoritmo que podría aprovechar la potencia de una computadora cuántica para desencriptar formas de cifrado muy utilizadas.
• 2004 Los físicos Barbara Terhal y David DiVincenzo de IBM desarrollan pruebas teóricas que demuestran que las computadoras cuánticas pueden resolver ciertos enigmas matemáticos más rápidamente que las clásicas.
• 2014 Google impulsa su nuevo laboratorio de hardware cuántico.
• 2016 IBM pone algunos de sus prototipos de procesadores cuánticos en internet para la libre experimentación: busca programadores que escriban código cuántico.
• 2019 La computadora cuántica de Google logra la hazaña que muchos llaman ventaja cuántica.
• 2020 La Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, ofrece la primera licenciatura en Ingeniería Cuántica.
• 2023 IBM presenta Condor, su primer procesador cuántico de 1.121 cúbits; Heron, un potente chip cuántico dotado de 133 cúbits con frecuencia fija; y System Two, un ordenador cuántico equipado con tres chips Heron. Prepara Starling (2029), su primer hardware cuántico dotado de la capacidad de corregir sus propios errores.