Cómputo cuántico ¿Promesa lejana?
CÓMPUTO CUÁNTICO
El computo o computación cuántica implica en primera instancia la aplicación practica de la física cuántica en modelos tecnológicos para la construcción de una computadora que opere bajo los principios de este modelo científico. Esto hace de la computación cuantifica un campo emocionante y muy prometedor en la evolución tecnológica, mismo que ha avanzado rápidamente en los últimos años, pero que aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, y por tanto lejos de ser aún una realidad, pues aunque ha habido avances significativos en Hardware y Software aún no cuentan con el desarrollo suficiente para considerarse una realidad practica, pues las computadoras cuánticas que existen propiamente dicho, son modelos experimentales que se utilizan principalmente para la investigación y la experimentación en distintas áreas.
Si bien es cierto que existe un gran potencial para la computación cuántica, también existen importantes desafíos que deben superarse, incluida la necesidad de un mejor Hardware y software, la dificultad de corregir los errores que surgen de la precisión en los sistemas cuánticos y el alto costo de construir y operar computadoras cuánticas, debido a las condiciones de Física que se requieren. Sin embargo y a pesar de estos desafíos, muchos investigadores y empresas están invirtiendo fuertemente en la computación cuántica, y existe una creciente comunidad de expertos que trabajan para avanzar en el campo. Es probable que veamos un progreso significativo y nuevos avances en los próximos años, pero aún pasará algún tiempo antes de que las computadoras cuánticas se utilicen ampliamente para aplicaciones cotidianas.
Limitantes físicas para el desarrollo de una computadora cuántica
Al tratarse de un nuevo paradigma en el modelo y funcionamiento operativo, de almacenamiento y energético, existen varias limitaciones físicas que actualmente dificultan el desarrollo de una computadora cuántica entre los que se incluyen:
1. Qubit: Actualmente en la computación se utiliza el Bit como la unidad mínima de operación y almacenamiento y permite solamente los valores 0 ó 1 de manera alternada. Un Qubit por su parte es la unidad mínima de operación para el computo cuántico, el cual puede aceptar múltiples valores desde 0 hasta 1 de manera simultanea, potenciando la capacidad de almacenamiento, velocidad de operación y precisión de cálculos de las computadoras de manera hasta ahora imposibles de alcanzar con las computadoras tradicionales.
2. Decoherencia: Para hablar de Dechoherencia, primero entendamos la Coherencia Cuántica. Esto se refiere básicamente a la capacidad a nivel atómico de mantener un estado o fase de manera estable o constante, durante un periodo de tiempo determinado, antes de que su estado, fase o carga cambien. Por tanto la decoherencia cuántica se refiere a la destrucción de de esa “estabilidad” mediante otra de las características de la mecánica cuántica, el principio de “superposición” o la posibilidad de que un electrón pueda conservar diversos valores de manera casi simultanea. Este fenómeno de cambio de fase, dificulta el mantener la estabilidad de los qubits durante largos períodos de tiempo, lo cual es esencial para la operación del equipo.
3. Corrección de errores: Al tratarse de sistemas tan precisos, pero a la vez tan cambiantes en posibilidades, y estabilidad de valores y estados, pueden surgir errores de precisión debido a una variedad de factores, como puertas imperfectas y ruido en el sistema. Estos errores pueden acumularse con el tiempo y dificultar la realización de cálculos precisos. Por lo que el desarrollo de técnicas de corrección de errores es un área activa de investigación.
4. Escalabilidad: Así como en el computo actual, agrupamos los bits en Byte, Mb, Kb, Tb, Zb, para almacenar información o permitir la operación de los sistemas, las computadoras cuánticas requerirán igualmente de una gran cantidad de qubits para realizar cálculos útiles, pero el aumentar la cantidad de qubits mientras se mantiene su coherencia y se minimizan los errores de procesamiento, implica retos físicos muy importantes que no son simples ni económicos de resolver hasta ahora, pues aunque los qubits se pueden implementar de diversas formas, como el uso de circuitos superconductores, iones atrapados o qubits topológicos, cada implementación tiene sus propias limitaciones físicas, como la necesidad de un control preciso o la dificultad de escalar el sistema.
5. Requisitos de refrigeración y energía: Los centros de datos actuales son conocidos por generar enormes cantidades de calor y por tanto necesitan grandes sistemas de refrigeración operando constantemente para mantener la temperatura adecuada para el correcto funcionamiento de los equipos. De manera similar, las computadoras cuánticas requerirán operar bajo temperaturas extremadamente bajas, lo que puede ser difícil y costoso de lograr, sin mencionar las altas cantidades de energía que consumirían, lo que será un reto importante para lograr su escalabilidad a niveles comerciales personales y portátiles.
Actualmente hay muchas instituciones de gobierno, universidades y empresas privadas entre los que destacan los principales gigantes de Silicon Valley que están trabajando activamente en proyectos relacionados con la computación cuántica y que ya cuentan con algunos equipos experimentales en operación, pero solo un caso comercial conocido. Por lo que no es imposible que veamos algunos avances prácticos en los próximos años, y las aplicaciones para resolver problemas que actualmente son intratables para las computadoras clásicas, en campos tan diversos como: criptografía, simulación de sistemas, optimización de sistemas, aprendizaje automático, IA, experimentación química y física, desarrollo de nuevos materiales, modelos financieros, etc. A medida que el campo continúa avanzando, es probable que surjan nuevas aplicaciones y que las aplicaciones existentes se vuelvan más prácticas y generalizadas.
La IA y la computación cuántica
La IA y la computación cuántica son dos campos que avanzan rápidamente, y combinarlos tiene el potencial de desbloquear nuevas capacidades y resolver problemas complejos que están más allá del alcance de los sistemas de computo actuales. Una de las principales formas en que se pueden combinar la IA y la computación cuántica es mediante el uso de algoritmos de aprendizaje automático, los cuales pueden resolver problemas de manera más eficiente que los algoritmos clásicos, haciendo que un sistema pueda aprender mucho más rápido y de manera más precisa, acelerando los cálculos de matrices de pruebas, permitiendo generar simulaciones más precisas para entrenar y probar modelos. Otra posible combinación es mediante el uso de redes neuronales, que se implementen mediante circuitos que mejoren la velocidad y eficiencia de ciertos tipos de tareas de aprendizaje automático. También existe la posibilidad de que la IA se utilice en el desarrollo y la optimización de hardware y software de computación cuántica, generando una simbiosis mutuamente benéfica para ambas tecnologías.
Riesgos y peligros potenciales
Al igual que con cualquier tecnología, nada es puramente bueno o exclusivamente malo, pues todo depende de las intenciones de la persona que opere dicha tecnología. Y en el caso del computo cuántico, existen riesgos y peligros potenciales que no debemos menospreciar ni dar por descontados:
1. Riesgos de seguridad: si bien podríamos revolucionar campos como la criptografía desarrollando modelos de seguridad más eficientes, también existe el riesgo de seguridad inverso y que se generen modelos mucho más eficientes para vulnerar y superar los sistemas de protección.
2. Corrección de errores: Los sistemas cuánticos son muy sensibles al ruido ambiental y los errores pueden acumularse rápidamente durante el cálculo. El desarrollo de métodos robustos de corrección de errores es crucial para hacer que las computadoras cuánticas sean confiables y escalables.
3. Requerimientos de recursos y Supremacía cuántica: Los costos de construcción y operación de computadoras cuánticas requiere una cantidad significativa de recursos, lo que podría conducir a una distribución desigual de los recursos y la experiencia, incrementando las desigualdades existentes en distintos niveles sociales, económicos, políticos, militares y productivos.
4. Consecuencias no deseadas: Es difícil predecir cómo se utilizará cualquier descubrimiento y avance científico y tecnológico y la manera en como afectará a la sociedad, y existe el riesgo de que se utilice con fines nocivos.
5. Vacíos legales: Con los modelos tecnológicos disruptivos más recientes, nos vimos sobrepasados, respecto de la velocidad con que eran lanzados nuevos sistemas, aplicaciones, usos y propósitos y las regulaciones legales para normar la convivencia de las personas en cualquier actividad llegaron al menos una década después de liberadas las tecnologías y las leyes que estaban vigentes, no siempre abarcaban todas las implicaciones y alcances del uso de la tecnología Por lo que comenzar a legislar sería un aspecto crucial para el correcto uso de esta prometedora tecnología.
IBM Q System One
Durante el evento conocido como CES 2019, la empresa IBM anuncio lo que denominaron como la primera computadora cuántica comercial de 20 QuBits, la cual fue diseñada para el uso científico y comercial, que opera en un cuarto transparente y hermético, completamente aislado del exterior a una temperatura de -273 ºC. Siendo la promesa de oro para un nuevo modelo comercial estratégico pues abrieron la puerta para que otras compañías pagaran por el privilegio de poder disponer de este equipo, sin embargo los costos del mismo esta claro que no cualquiera podría completar el negocio, haciéndolo sumamente elitista.
Sin embargo algunos consideran que no es un sistema suficientemente robusto para el modelo tecnológico de que se trata, pues existen otras computadoras cuánticas como la de Intel que opera a 49 qubits o la de Google que alcanza una operación a 72 qubits, o la propia IBM que tiene otra computadora cuántica que opera a 50 qubits, pero la diferencia principal es que todas estas, son usadas con propósitos de investigación y experimentación, dejando claro que aunque este equipo es potente, es aún en los laboratorios donde se ha conseguido un desarrollo mucho más grande, reiterando que la realidad comercial de las computadoras cuánticas aún esta lejos de concretarse de manera practica.
Cambios sociales, laborales y comerciales
El desarrollo de la computación cuántica tiene el potencial de generar importantes cambios sociales, laborales y comerciales. Aquí hay algunos ejemplos potenciales:
1. Seguridad: Como ya mencionamos, la capacidad para descifrar muchos de los algoritmos de encriptación utilizados para proteger datos confidenciales podría tener implicaciones significativas para la seguridad nacional y la privacidad personal y empresarial. Por lo que desarrollar nuevos métodos de encriptación que sean resistentes a los ataques será una prioridad máxima.
2. Desplazamiento laboral: Al igual que con todos los avances científicos e industriales en la historia, uno de los primeros temas es el temor de perdida de empleos para las personas, y aunque es real que siempre existe la extinción de ciertas actividades, también se crean nuevas oportunidades laborales y la generación de nuevas profesiones. O ¿alguien pensaba a principios de los años 2000 que existirían profesiones como Blogger, YouTuber o Influencer y que la gente realmente pudiera trabajar y vivir de ello?
3. Nuevas aplicaciones e industrias: El desarrollo de computadoras cuánticas podría permitir nuevas aplicaciones e industrias que actualmente son inviables o imposibles. Por ejemplo, el descubrimiento de nuevos materiales y medicamentos, el desarrollo de cadenas de suministro más eficientes, o la re-invención de servicios, como fue el caso de las ventas por internet o el Streaming.
4. Descubrimiento científico: La capacidad de simular el comportamiento de los sistemas podría conducir a nuevos descubrimientos científicos y permitir el desarrollo de nuevas tecnologías.
5. Acceso desigual: Las desigualdades existentes podrían aumentar, particularmente si la tecnología se concentra en manos de un pequeño grupo de organizaciones o individuos. Por lo que será importante garantizar que los beneficios de la computación cuántica se distribuyan ampliamente y que la tecnología se desarrolle e implemente de manera responsable y ética.
Aunque la computación cuántica es la promesa de una revolución tecnológica que permitirá un salto enorme para el desarrollo de muchas otras áreas tanto de investigación, como productivas y por supuesto con implicaciones de cambios sociales, y reiterando que la tecnología carece de valores éticos o morales y que solo dependen de las intenciones de la persona que la utiliza, no es posible ignorar las palabras en distintos diálogos de los personajes de la película “Jurassic Park”:
- Dr. Iam Malcom: “¿Qué tiene de bueno el descubrimiento? Es un acto violento y penetrante que deja cicatrices en lo que explora… te diré el problema con el poder científico que estás usando aquí… el tipo de control que intentas simplemente es… no es posible. Si hay una cosa que la historia de la evolución nos ha enseñado, es que la vida no será contenida. La vida se libera, se expande a nuevos territorios y se estrella contra las barreras, de forma dolorosa, quizá incluso peligrosa, pero… bueno, ahí está”
- Dr. Alan Grant: “El mundo ha cambiado tan radicalmente, y todos estamos corriendo para ponernos al día. No quiero sacar conclusiones precipitadas, pero mira… ¿Cómo podemos tener la más mínima idea de qué esperar?”
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