¡El poder cuántico! ¡así comienza esta historia!

Si eres un apasionado por la tecnología y estudias o trabajas en temas afines, seguramente has escuchado o leído sobre la ley de Moore, aquella que desde la década de los 70’s estableció que el poder de cómputo sería duplicado cada dos años, y con una alta probabilidad, has tenido la oportunidad de ver cómo esta ley se ha cumplido casi a la perfección durante décadas. Sin embargo, es probable que también hayas leído un poco sobre la computación cuántica, una ventana a la posibilidad de hacer obsoleta esta ley.

¿Pero y cómo es esto? ¿Por qué creemos estar cerca de cambiar el paradigma que estableció Gordon E. Moore en la década de los 70’s? Pues resulta que la computación clásica, está completamente fundamentada en la lógica binaria, una representación de dos posibles estados, 0 o 1, y los computadores clásicos usan la corriente eléctrica para lograr esta representación, así como los transistores para computar esta señal eléctrica y poder crear lo que hoy conocemos como computador clásico. Cada vez hemos estado construyendo transistores más pequeños, lo que significa que entre más transistores ponemos en un pequeño procesador, más capacidad de cómputo tenemos; sin embargo este crecimiento en la capacidad de cómputo tiene un límite, cuando los transistores son lo suficientemente pequeños, las propiedades cuánticas de los electrones, permiten que se comporten como una onda y si la barrera del transistor es lo suficientemente delgada, los electrones podrán atravesarla, en cuyo caso los transistores dejarían de comportarse como se espera y no sería posible procesar las señales eléctricas de la forma que hoy lo hacemos.

En la década de los 80’s nació una teoría sobre el aprovechamiento de las propiedades de la física cuántica en la computación, y desde entonces la humanidad ha venido trabajando en construir un computador cuántico, cuyo cambio principal es no basarse en una representación binaria, sino en una representación en superposición, donde ambos estados puedan estar presentes al mismo tiempo, es decir, no representar un 0 o un 1, sino un 0 y un 1 simultáneamente. Para hacer una analogía, este comportamiento es muy similar al comportamiento de las ondas de sonido, se pueden superponer y de esta manera las ondas individuales se suman produciendo una onda resultante o un sonido resultante compuesto por dos ondas independientes que comparten el mismo medio. A esta unidad en superposición la hemos llamado qubit ó quantum bit.

La propiedad de superposición, le brinda a la computación cuántica la ventaja de realizar operaciones en paralelo y esta capacidad crece de manera exponencial con relación al número de qubits. Con un qubit puedo mantener dos estados simultáneamente, pero con 2 qubits puedo tener 4 estados simultáneamente (00, 01, 10 y 11), de esta manera cada vez que agrego un qubit duplico la capacidad de cómputo, y problemas que pueden tardar mucho tiempo en ser resueltos en un computador clásico podrían ser resueltos en mucho menor tiempo en un computador cuántico, estamos hablando de órdenes de magnitud de cientos o miles de veces más rápido.

Planteemos un problema para ejemplificar esto, supongamos que queremos calcular todas las permutaciones posibles con el alfabeto, si nuestro alfabeto cuenta con 26 caracteres, el número de permutaciones a hallar sería 26! (veintiséis factorial), esto es 403.291.461.126.605.635.584.000.000 permutaciones (¿cómo diablos leo ese número?), esto es aproximadamente 4,0329 x 10²⁶.

Asumiendo que tenemos un computador clásico que nos permite calcular doscientos mil billones (200.000.000.000.000.000 ó 2 x 10¹⁷) de permutaciones por segundo, tardaríamos aproximadamente 64 años en calcular todas las permutaciones posibles. Si el alfabeto tuviese una letra más, hablaríamos de 27! y 1721 años aproximadamente para calcular las permutaciones posibles.

Con un computador cuántico con el número de qubits adecuado, podríamos paralelizar este trabajo y hacer viable la solución a este problema. A esto hemos llamado la supremacía cuántica, la lograremos cuando un computador cuántico resuelva problemas que en un computador clásico tardaría cientos o miles de años (por fuera de la escala humana).

Así es, el poder de la computación cuántica es enorme y nos llevará no solo a romper la ley de Moore, sino que también nos abrirá puertas para resolver problemas que de otra manera no podríamos imaginar resolver. Pero te preguntarás, ¿y cuándo será todo esto?, pues la respuesta es ahora. Te comparto algunos datos:

1. Actualmente IBM cuenta con computadores cuánticos de hasta 65 qubits, y varios de ellos se encuentran disponibles para que puedas aprender y experimentar a través de su portal IBM Quantum Experience.
2. El pasado mes de septiembre de 2020, IBM prometió que para el año 2023 tendría un computador cuántico de 1000 qubits. Mientras esto se va dando, contamos con computadores cuánticos disponibles para que vivamos la fase que IBM ha denominado quantum ready, fase en la cual nos estamos preparando para programar, modelar y resolver problemas usando computación cuántica.
3. Además de lo anterior Microsoft acaba de darnos la noticia, iniciando el 2021, de que Azure Quantum y su pila de servicios de nube pública para computación cuántica se encuentra disponible en versión preliminar, junto a un grupo amplio de recursos que nos ayudarán a continuar este aprendizaje.

Como puedes ver, el panorama es emocionante, yo no paro de pensar en posibilidades y estoy feliz escribiendo mis primeros circuitos cuánticos, ¡anímate tú también! Estoy seguro de que pronto estaremos generando valor a nuestros clientes de Ceiba, brindando soluciones que aprovechen las capacidades que nos brinda la computación cuántica.