1QBit, con sede en Vancouver, es una de las empresas de la generación de 2015 de Pioneros de la Tecnología del Foro Económico Mundial. La empresa desarrolla software para procesadores cuánticos que pueden abordar retos del mundo real que implican problemas computacionales complejos. Los cofundadores Landon Downs y Andrew Fursman analizan qué puede hacer hoy la computación cuántica y hacia dónde se dirige.
¿Puede explicar brevemente los antecedentes de la computación cuántica?
En la década de 1980, la gente empezó a pensar que se podía construir un ordenador que utilizara las propiedades cuánticas de la materia para realizar cálculos mucho más rápidamente que los ordenadores tradicionales. Todos los ordenadores actuales trabajan con «bits», que están encendidos o apagados. Pero un equivalente cuántico de un bit, el «cúbit», podría estar simultáneamente encendido y apagado, debido a la peculiar forma en que se comporta la materia a nivel cuántico. Físicos como Richard Feynman y David Deutsch teorizaron que, si fuera posible sustituir los bits de un ordenador por cúbits, este comportamiento podría aprovecharse para hacer que el cálculo fuera órdenes de magnitud más rápido.
Sin embargo, pasar de la teoría a la práctica resultó desalentadoramente difícil: hicieron falta años de investigación para pasar de crear un solo cúbit a un sistema de tres cúbits. Y los ordenadores tienen miles de millones de bits. Por ello, la gente empezó a alejarse de la ambición de usar cúbits para construir un ordenador universal y, en su lugar, se centró en determinar si existían otras formas de aprovechar los efectos cuánticos para realizar un abanico más limitado de tipos específicos de cálculo.
Es como la diferencia entre las calculadoras y los ordenadores. Si tiene edad suficiente para recordar las calculadoras de bolsillo, no podían hacer todo lo que puede hacer hoy su teléfono inteligente, pero hacían un número limitado de cosas muy bien, mucho mejor que la alternativa de resolver las operaciones con lápiz y papel. Eso es lo que tenemos ahora: «calculadora cuántica» sería probablemente una descripción más adecuada que «ordenador cuántico» para el procesador en el que se ejecuta nuestro software. Sus dominios son relativamente reducidos, pero dentro de ellos permite aplicaciones apasionantes.
¿Qué tipo de problemas son susceptibles de un enfoque de procesamiento cuántico?
En general, problemas que implican buscar las mejores soluciones entre una enorme variedad de opciones posibles. Hay dos formas de abordar este tipo de problemas. Una consiste en considerar todas las opciones por turno y ver cuál es la mejor. Pero bastante pronto eso resulta poco práctico. Si se imaginan solo 250 preguntas que puedan responderse con sí o no, ya se tienen más combinaciones posibles que átomos en el universo observable.
Por ello, la alternativa es usar heurísticas: trucos y técnicas que han evolucionado durante cientos de años para situaciones en las que no se espera realistamente encontrar la mejor respuesta posible, sino una respuesta suficientemente buena en un plazo suficientemente corto. El comportamiento cuántico de la materia permite a estos procesadores llegar rápidamente a respuestas óptimas mediante un proceso conocido como recocido cuántico. El objetivo es obtener respuestas más cercanas a las que se obtendrían con una búsqueda exhaustiva, en el mismo tiempo que requiere ejecutar heurísticas.
¿Cuáles son algunos ejemplos reales de aplicaciones que podrían aprovechar este poder?
Un ejemplo de software que desarrollamos recientemente y para el que hemos obtenido una patente es una herramienta para comparar estructuras multidimensionales y determinar cuáles son más parecidas entre sí. Entre las aplicaciones probables está el desarrollo de fármacos: si se tiene una molécula completamente nueva y se quiere predecir qué efecto tendrá en el organismo, una forma de hacerlo es compararla con una base de datos de moléculas con efectos conocidos. ¿Se parece más a una molécula que se sabe que cura el cáncer o a una que provoca enfermedades cardíacas?
Pero este software podría aplicarse igualmente a cualquier cosa que pueda concebirse como una colección de nodos y aristas, lo que en matemáticas se conoce como grafos. En finanzas, por ejemplo, se podrían representar diversas carteras posibles como grafos y compararlas. Las finanzas computacionales son un área en la que estamos trabajando porque hay beneficios evidentes en obtener mejores respuestas en plazos limitados sobre, por ejemplo, la combinación óptima de instrumentos financieros para una cartera.
La comparación de grafos es solo una de las diversas herramientas de software que estamos desarrollando y que pueden ejecutarse en los procesadores cuánticos actuales. Y a medida que esos procesadores se conviertan en chips cada vez más grandes, las aplicaciones que construyamos sobre estos núcleos de software serán cada vez más potentes.
¿En qué procesador cuántico se ejecuta su software?
Un sistema fabricado por nuestro socio D-Wave. Para obtener el comportamiento cuántico de los cúbits, los procesadores se encuentran en el vacío, protegidos del campo magnético terrestre y superenfriados cerca del cero absoluto. En cuanto a la escala del equipo necesario para lograrlo, puede compararse con los primeros ordenadores centrales de los años sesenta más que con los ordenadores personales de hoy.
¿Es D-Wave el único procesador cuántico o hay otros?
D-Wave es actualmente la única entidad comercial que fabrica un procesador cuántico que puede comprarse. Pero hay trabajos interesantes que llevan a cabo muchos grupos: en start-ups, en el ámbito académico y en gigantes tecnológicos como Google, Microsoft e IBM. Parte de este trabajo se realiza con sistemas superconductores como el D-Wave, y otra parte es mucho más exótica y experimental.
¿En qué medida son estos distintos grupos capaces de estar al día del trabajo que realizan los demás?
La investigación académica se publica constantemente, y participamos en diversos grupos de trabajo, tanto formales como informales, entre ellos un grupo de usuarios de D-Wave, en el que participan NASA, Lockheed Martin, Google y la Universities Space Research Association. Intentamos mantenernos al corriente de lo que hacen los demás, orientarnos mutuamente y entender qué parece prometedor. No hay mucha competencia, ya que sabemos que cuanto más impulso genere el propio campo, mejor será para todos nosotros.
¿Es posible predecir dónde estará la computación cuántica dentro de uno, cinco, diez o veinte años?
Tanto el plazo corto como el largo son más fáciles de predecir con confianza. Se ha observado una tendencia bastante constante según la cual el número de cúbits se duplica cada año, y D-Wave acaba de anunciar el lanzamiento del primer procesador que supera los 1.000 cúbits. Así pues, dentro de un año, esperamos tener un procesador con más de 2.000 cúbits. Y casi todo el mundo coincide en que, dentro de 20 años, habremos desarrollado los ordenadores cuánticos universales y de propósito general que imaginaron personas como Richard Feynman en la década de 1980.
Lo incierto es lo que ocurre en los plazos intermedios, porque hay un millón de caminos distintos que podríamos tomar para llegar desde aquí hasta allí. Nuestra previsión ‒ y, desde luego, nuestra esperanza ‒ es que el progreso venga impulsado por la ampliación del acceso a la tecnología. En el futuro, queremos desarrollar software para que otros desarrolladores lo utilicen como base, lo que permitirá a las personas experimentar con el procesamiento cuántico del mismo modo que hoy experimentan con los teléfonos Android. Cuando eso suceda, creemos que veremos surgir toda clase de nuevas aplicaciones apasionantes.
Información completa sobre todos los Pioneros de la Tecnología 2015 puede consultarse aquí.
Autores: Landon Downs y Andrew Fursman, cofundadores de 1QBit
Imagen: Una oblea de silicio durante la presentación a los medios del proyecto Guardian Angels en una de las salas blancas de nanofabricación con baja contaminación por partículas del Instituto Federal Suizo de Tecnología (EPFL) en Ecublens, cerca de Lausana, el 16 de mayo de 2011. REUTERS/Valentin Flauraud
