Por qué las mágicas computadoras cuánticas ya están en la nube pero no en nuestras manos

Las computadoras cuánticas son promocionadas desde hace años como máquinas increíblemente poderosas que serán capaces de resolver problemas altamente complejos ferozmente rápido. Pero nadie se pone de acuerdo en cuál es la mejor forma de diseñarlas. ¿Quién ganará esa carrera?

Las computadoras cuánticas de gran velocidad podrían acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos, descifrar los sistemas de seguridad criptográfica más complejos, diseñar nuevos materiales, modelar el cambio climático y sobrecargar la inteligencia artificial, según dicen los informáticos.

Pero, en la actualidad, no hay un consenso sobre la mejor manera de hacerlas realidad o asequibles a un mercado en masa.

Físicos, ingenieros e informáticos alrededor del mundo están intentando desarrollar cuatro tipos de computadoras muy distintos: basados en partículas de luz, trampas iónicas, cúbits superconductores o centros nitrógeno-vacantes en diamantes.

Compañías como IBM, Google, Rigetti, Intel y Microsoft están liderando este campo.

Cada método tiene sus ventajas y sus desventajas, pero el desafío predominante es la frágil naturaleza del quántum en sí mismo.

En vez de usar series de 1 y 0 llamados bits como se hace en la computación tradicional, el bit cuántico o cúbit usa las propiedades casi mágicas de las partículas subatómicas.

Los electrones o los fotones, por ejemplo, pueden presentar dos estados a la vez, un fenómeno llamado superposición. Como resultado, una computadora basada en cúbits puede hacer muchos más cálculos a mayor velocidad que una máquina convencional.

"Si tuvieras una computadora de 2 cúbits y añades 2 cúbits, se convierte en una computadora de 4 cúbits. Pero no estás duplicando el poder de la máquina, estás incrementándolo exponencialmente", explica Martin Giles, el jefe de la oficina de la publicación MIT Technology Review en San Francisco.

Los informáticos describen a veces este efecto de la computación cuántica como algo capaz de recorrer todos los caminos de un laberinto muy complejo al mismo tiempo.

Los cúbits también pueden influir uno sobre el otro incluso cuando no están conectados físicamente, un proceso llamado "entrelazamiento". En términos informáticos, esto les da la habilidad de hacer saltos lógicos que las computadoras convencionales nunca podrían realizar.

Pero los cúbits son altamente inestables y propensos a las interferencias o el "ruido" procedente de otras fuentes de energía, lo que puede generar errores en los cálculos. Así que la carrera es por encontrar una forma de estabilizarlos para la producción en masa.

El gigante de la computación IBM cree firmemente que los "cúbits superconductores de tipo transmón" son los más prometedores en el campo de la computación cuántica y tienen tres prototipos de procesadores cuánticos a los que el público puede acceder en la nube.

"Hasta el momento, más de 94.000 personas han accedido a las computadoras cuánticas de IBM en la nube. Han hecho más de cinco millones de experimentos y escrito 110 artículos", dice Robert Sutor, vicepresident de estrategia de computación cuántica y ecosistema de IBM Research.

"La gente está aprendiendo y experimentando... esperamos que dentro de 3 o 5 años seamos capaces de señalar un ejemplo específico y decir que la cuántica mejora significativamente cualquier cosa que las computadoras convencionales puedan hacer".

Pero el método de IBM requiere que la computadora cuántica esté almacenada dentro de un gran refrigerador en el que los cúbits se mantengan a una temperatura cercana a 0° para asegurar que se mantengan en un estado útil.

Esto significa que sería extremadamente difícil miniaturizarla y, por lo tanto, sería muy costosa.

"Parece probable que los cúbits superconductores vayan a estar entre las primeras tecnologías que permitan una computación cuántica útil", dice Joseph Fitzsimons, un investigador del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur.

"Sin embargo, me parece que son análogos a los tubos de vacío de las primeras computadoras más que a los transistores que vinieron después".

"Puede que incluso veamos emerger otra tecnología que se convierta en la gran ganadora".

Microsoft y académicos del Instituto Niels Bohr en Copenhagen están trabajando en lo que ellos creen que será cúbits mucho más estables basados en los llamados fermiones de Majorana.

Mientras tanto, otros equipos están trabajando en atrapar cúbits con silicona, el material tradicional del que se hacen los chips para computación.

E informáticos de la Universidad de Oxford están buscando formas de unir pequeñas computadoras cuánticas en vez de crear grandes computadoras con muchos cúbits.

Mientras esperamos a las computadoras cuánticas, ¿cuál es el futuro de la computación convencional o clásica?

En julio, Ewin Tang, un graduado en Ingeniería de Sistemas y Matemáticas en la Universidad de Texas en Austin (UT Austin) de solo 18 años, puso en aprietos al mundo de la computación al desarrollar un algoritmo de computadora clásico que puede resolver un problema casi tan rápido como una computadora cuántica.

El problema implicaba desarrollar un motor de recomendación que sugiere productos a los usuarios en base a información sobre sus preferencias.

La Unión Europea anunció recientemente que está trabajando en la próxima generación de computadoras (a exaescala), que serían capaces de realizar un trillón de cálculos en un segundo.

"Exaescala significa 10 a la 18° potencia operaciones por segundo", explica Scott Aaronson, un profesor y teórico de la computación de la UT Austin.

"10 a la 18° potencia es mucho, pero los sistemas cuánticos, que tendrán una capacidad de 10 a la 1.000° potencia operaciones por segundo es mucho, mucho más grande".

El problema de la computación clásica es que estamos alcanzando los límites de cuántos transistores podemos hacer caber dentro de un chip. El A11 de Apple consigue meterle 4.300 millones, por ejemplo.

La Ley de Moore, que dice que los procesadores duplican su velocidad cada dos años y reducen a la mitad su tamaño, por fin se está rompiendo.

Incluso la computadora cuántica estable producida en masa sigue escapándose de nuestras manos, las investigaciones ya están comenzando a dar resultados.

"Si no hubiéramos invertido en computación cuántica, el algoritmo cuántico que inspiró a Tang no hubiera existido", afirma Robert Young, un investigador de la Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural y director del Centro de Tecnología Cuántica de la Universidad de Lancaster.

Asegura que la investigación cuántica ya ha cosechado una nueva forma de enfriar los dispositivos hasta temperaturas muy bajas, también ha conseguido mejoras en los chips a base de luz que hacen más efectiva la banda ancha por fibra óptica y ha logrado inventar tecnologías de lab-on-a-chip para acelerar el diagnóstico de enfermedades.

"El verdadero beneficio de ir a la Luna no fue ir a la Luna, fueron las tecnologías periféricas que se desarrollaron en el camino", afirma Young. Entre ellas, están el GPS y los lapiceros de punta de bola que escriben al revés.