Basados en los principios de la mecánica cuántica, los ordenadores cuánticos adoptan un nuevo enfoque para procesar la información. Esperamos que abran puertas que creíamos que permanecerían cerradas indefinidamente. Pero ¿qué significa realmente eso?
En pocas palabras, para ciertos tipos de problemas, el número de soluciones posibles se duplica cada vez que se añade otro componente a la ecuación. Y eso hace que sea exponencialmente más difícil de calcular.
Existe una fábula clásica que demuestra la naturaleza del crecimiento exponencial. Es así:
Hubo una vez un artesano que inventó el juego que hoy conocemos como ajedrez. Llevó su creación al emperador como regalo, quien quedó tan complacido que le dijo al artesano que nombrara su recompensa.
El artesano hizo una petición aparentemente modesta: arroz, que se entregaría durante 64 días, que representarían las 64 casillas del tablero de ajedrez. El primer día recibiría un solo grano. Cada día siguiente, la cantidad se duplicaría.
El emperador consideró que era una ganga y entregó ese único grano el primer día. Al día siguiente, lo duplicó. El tercer día, el artesano recibió cuatro granos, y luego ocho, y así sucesivamente. Tras una semana completa, el artesano solo había reunido 127 granos de arroz en total, ni siquiera suficientes para llenar una cucharadita.
Pero en un mes, gracias al poder del crecimiento exponencial, quedó claro que la petición del artesano no era tan modesta después de todo. El día 30, al artesano le correspondían más de mil millones de granos. Para cumplir su parte del trato el día 64, el emperador tendría que entregar 535.000 millones de toneladas métricas de arroz. Es una montaña del tamaño del monte Everest.
Algunos problemas también funcionan así. Cuando son pequeños, con solo unos pocos componentes que considerar, son análogos a las pequeñas cantidades de arroz de los primeros días de la recompensa del artesano.
Los ordenadores cuánticos son especialmente capaces, para ciertos problemas, de afrontar este crecimiento exponencial. Se basan en los principios de la mecánica cuántica, las leyes complejas y fascinantes de la naturaleza a nivel microscópico. Estas leyes siempre han estado ahí, pero su extrañeza solo puede aprovecharse en condiciones extremadamente delicadas, fuera de las cuales los efectos extraños permanecen en gran medida ocultos a la vista.
Al aprovechar ese comportamiento natural, los ordenadores cuánticos pueden ejecutar nuevos tipos de algoritmos para resolver potencialmente problemas hasta ahora “irresolubles” en optimización, química y aprendizaje automático. Y por eso África necesita actuar ahora para no perder esta nueva era. Necesitamos educar, necesitamos formar capacidades y necesitamos debatir en torno a los casos de uso africanos más urgentes.
Por qué la computación cuántica es importante para África
Los seres humanos aparecieron por primera vez hace alrededor de 300.000 y 200.000 años, pero solo salieron de África hace alrededor de 70.000 años (para elegir la mayor de las múltiples oleadas de migraciones). Durante estos periodos y hasta la actualidad, la diversidad genética ha ido en aumento, con el resultado neto de que los africanos aún tienen más diversidad que el resto del mundo en conjunto. Dicha diversidad es un tesoro de información genética. Esto incluye la capacidad de inferir más fácilmente el papel de distintos genes (promediando entre más variedades) y también de descubrir inmunidades naturales a enfermedades.
Además, en la era de la medicina genética personalizada, las soluciones para un grupo poblacional no necesariamente benefician a otro. Todo esto apunta a la necesidad de que los africanos extraigamos las joyas de nuestro propio patrimonio genético utilizando las técnicas más recientes de genética y descubrimiento de fármacos. La computación cuántica promete abrir nuevas e interesantes vías de investigación en este ámbito, como la simulación de los efectos de determinados medicamentos en el organismo, acelerar el proceso de descubrimiento de fármacos e inaugurar una era de la medicina personalizada.
Nuestro patrimonio genético es solo uno de los sorprendentes recursos naturales de África; otro es la claridad de nuestros cielos nocturnos a gran altitud. Esto permitió a los países del sur de África obtener el prestigio de ser seleccionados para albergar lo que será el radiotelescopio más grande del mundo, el Square Array (SKA).
Los científicos africanos y globales que lleguen a África para utilizar el SKA también deberían participar en el procesamiento e interpretación de los datos del SKA en suelo africano, con todos los beneficios derivados que llegan a África. De hecho, esta es parte de la razón para contar con instalaciones locales de supercomputación en el continente.
Complementando a los supercomputadores clásicos, la computación cuántica también promete resolver problemas de simulación física y de descubrimiento de patrones relevantes para el SKA, como eliminar el ruido de los datos científicos.
La experiencia en computación cuántica que debe fomentarse para cumplir el objetivo de dar sentido a los datos brutos del SKA también tendría beneficios locales derivados para África. ¿Por qué? Bueno, el SKA captará más datos por día que los que hay en internet, lo que significa que si eres una start-up y tienes algoritmos capaces de encontrar patrones en este enorme conjunto de datos, trabajar con datos bancarios o de comercio electrónico será pan comido.
La última razón específica para África que justifica la inversión en computación cuántica son las implicaciones futuras para la seguridad. Los ordenadores cuánticos tienen el potencial, a largo plazo, de romper ciertos tipos de cifrado que usamos para proteger las transacciones. Existen soluciones clásicas para ser resistentes a la amenaza cuántica, y sería prudente que África contara con experiencia local. Estas precauciones permitirían encontrar un término medio entre la complacencia y el bombo y la alarma injustificados.
África tiene talento
A veces se nos plantea la pregunta: aunque el argumento para diversificar y fomentar la experiencia local está bien fundado, ¿tenemos el talento necesario? Afortunadamente, en Sudáfrica tenemos una historia de innovación en física cuántica en la que apoyarnos (por ejemplo, el premio Nobel por la invención de la tomografía axial computarizada), y incluso recientes sorprendentes éxitos en el ya mencionado campo de la supercomputación, que está estrechamente entrelazado con el campo cuántico. En un periodo reciente de cuatro años, el equipo sudafricano de supercomputación fue tres veces campeón mundial en la International Supercomputing Competition.
Esto es lo que dio a IBM y a Wits la confianza para llevar la computación cuántica a África, con el fin de que los investigadores africanos se mantengan al día de los avances de vanguardia en este campo tecnológico extremadamente prometedor. Gracias a la African Research Universities Alliance y a sus 15 universidades miembros adicionales, podemos ser audaces y optimistas.
Para impulsar el proceso de aprendizaje y de creación de comunidad, IBM Q organiza en diciembre en Sudáfrica un Qiskit Camp solo por invitación, para 200 investigadores cuánticos e informáticos, donde aprenderán en un entorno inmersivo y recibirán formación práctica.
En resumen, mis compatriotas africanos, preparémonos para la era cuántica.
