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Cómo las computadoras cuánticas cambiarán el mundo: el futuro de las computadoras P7

David Tal, Editor, Futurista
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Mon, 09 / 14 / 2020 - 05: 14

Hay mucha exageración flotando en torno a la industria informática en general, exageración centrada en una tecnología específica que tiene el potencial de cambiarlo todo: las computadoras cuánticas. Al ser el homónimo de nuestra empresa, admitiremos un sesgo en nuestro optimismo en torno a esta tecnología y, en el transcurso de este capítulo final de nuestra serie El futuro de las computadoras, esperamos compartir con usted por qué.

En un nivel básico, una computadora cuántica ofrece la oportunidad de manipular la información de una manera fundamentalmente diferente. De hecho, una vez que esta tecnología madure, estas computadoras no solo resolverán problemas matemáticos más rápido que cualquier computadora existente actualmente, sino también cualquier computadora que se pronostique que existirá en las próximas décadas (suponiendo que la ley de Moore sea cierta). En efecto, similar a nuestra discusión sobre supercomputadoras en nuestro último capítulo, las futuras computadoras cuánticas permitirán a la humanidad abordar cuestiones cada vez más importantes que pueden ayudarnos a obtener una comprensión más profunda del mundo que nos rodea.

¿Qué son las computadoras cuánticas?

Dejando de lado las exageraciones, ¿en qué se diferencian las computadoras cuánticas de las computadoras estándar? ¿Y cómo funcionan?

Para los estudiantes visuales, recomendamos ver este breve y divertido video del equipo de YouTube de Kurzgesagt sobre este tema:

Mientras tanto, para nuestros lectores, haremos todo lo posible para explicar las computadoras cuánticas sin necesidad de un título en física.

Para empezar, debemos recordar que la unidad básica de información que procesan las computadoras es un bit. Estos bits pueden tener uno de dos valores: 1 o 0, activado o desactivado, sí o no. Si combina suficientes de estos bits, puede representar números de cualquier tamaño y hacer todo tipo de cálculos sobre ellos, uno tras otro. Cuanto más grande o más potente sea el chip de la computadora, más grandes serán los números que puede crear y aplicar cálculos, y más rápido podrá pasar de un cálculo a otro.

Las computadoras cuánticas son diferentes en dos aspectos importantes.

Primero, está la ventaja de la "superposición". Mientras que las computadoras tradicionales funcionan con bits, las computadoras cuánticas funcionan con qubits. El efecto de superposición que permiten los qubits es que, en lugar de estar restringido a uno de dos valores posibles (1 o 0), un qubit puede existir como una mezcla de ambos. Esta característica permite que las computadoras cuánticas operen de manera más eficiente (más rápida) que las computadoras tradicionales.

En segundo lugar, está la ventaja del "enredo". Este fenómeno es un comportamiento único de la física cuántica que vincula el destino de una cantidad de partículas diferentes, de modo que lo que le sucede a una afectará a las demás. Cuando se aplica a las computadoras cuánticas, esto significa que pueden manipular todos sus qubits simultáneamente; en otras palabras, en lugar de hacer una serie de cálculos uno tras otro, una computadora cuántica podría hacerlos todos al mismo tiempo.

La carrera para construir la primera computadora cuántica

Este encabezado es algo inapropiado. Empresas líderes como Microsoft, IBM y Google ya han creado las primeras computadoras cuánticas experimentales, pero estos primeros prototipos cuentan con menos de dos docenas de qubits por chip. Y si bien estos primeros esfuerzos son un gran primer paso, las empresas tecnológicas y los departamentos de investigación gubernamentales deberán construir una computadora cuántica que presente al menos 49 a 50 qubits para que la exageración alcance su potencial teórico en el mundo real.

Con este fin, se está experimentando con una serie de enfoques para lograr este hito de 50 qubits, pero dos están por encima de todos los participantes.

En un campo, Google e IBM tienen como objetivo desarrollar una computadora cuántica al representar los qubits como corrientes que fluyen a través de cables superconductores que se enfrían a -273.15 grados Celsius, o cero absoluto. La presencia o ausencia de corriente representa un 1 o un 0. El beneficio de este enfoque es que estos cables o circuitos superconductores pueden construirse con silicio, un material con el que las empresas de semiconductores tienen décadas de experiencia trabajando.

El segundo enfoque, dirigido por Microsoft, involucra iones atrapados en una cámara de vacío y manipulados por láser. Las cargas oscilantes funcionan como qubits, que luego se utilizan para procesar las operaciones de la computadora cuántica.

Cómo usaremos las computadoras cuánticas

De acuerdo, dejando de lado la teoría, concentrémonos en las aplicaciones del mundo real que estas computadoras cuánticas tendrán en el mundo y cómo las empresas y las personas se relacionan con ellas.

Problemas logísticos y de optimización. Entre los usos más inmediatos y rentables de las computadoras cuánticas estará la optimización. Para las aplicaciones de viajes compartidos, como Uber, ¿cuál es la ruta más rápida para recoger y dejar a tantos clientes como sea posible? Para los gigantes del comercio electrónico, como Amazon, ¿cuál es la forma más rentable de entregar miles de millones de paquetes durante la fiebre de compras de regalos navideños?

Estas sencillas preguntas implican procesar números de cientos a miles de variables a la vez, una hazaña que las supercomputadoras modernas simplemente no pueden manejar; entonces, en cambio, calculan un pequeño porcentaje de esas variables para ayudar a estas empresas a administrar sus necesidades logísticas de una manera menos que óptima. Pero con una computadora cuántica, atravesará una montaña de variables sin sudar.

Tiempo y clima modelado. Similar al punto anterior, la razón por la cual el canal meteorológico a veces se equivoca es porque hay demasiadas variables ambientales para que sus supercomputadoras las procesen (eso y, a veces, una recopilación deficiente de datos meteorológicos). Pero con una computadora cuántica, los meteorólogos no solo pueden pronosticar perfectamente los patrones climáticos a corto plazo, sino que también pueden crear evaluaciones climáticas a largo plazo más precisas para predecir los efectos del cambio climático.

Medicina personalizada. Descifrar su ADN y su microbioma único es crucial para que los futuros médicos le receten medicamentos que se adapten perfectamente a su cuerpo. Si bien las supercomputadoras tradicionales han logrado avances en la decodificación de ADN de manera rentable, el microbioma está mucho más allá de su alcance, pero no así para las futuras computadoras cuánticas.

Las computadoras cuánticas también permitirán que Big Pharma prediga mejor cómo reaccionan las diferentes moléculas con sus medicamentos, lo que acelerará significativamente el desarrollo farmacéutico y reducirá los precios.

Exploración espacial. Los telescopios espaciales de hoy (y de mañana) recopilan cada día enormes cantidades de datos de imágenes astrológicas que rastrean los movimientos de billones de galaxias, estrellas, planetas y asteroides. Lamentablemente, estos son demasiados datos para que las supercomputadoras actuales los analicen y hagan descubrimientos significativos de manera regular. Pero con una computadora cuántica madura combinada con aprendizaje automático, todos estos datos finalmente pueden procesarse de manera eficiente, abriendo la puerta al descubrimiento de cientos a miles de nuevos planetas diariamente para principios de la década de 2030.

ciencias fundamentales. De manera similar a los puntos anteriores, la potencia informática bruta que permiten estas computadoras cuánticas permitirá a los científicos e ingenieros diseñar nuevos productos químicos y materiales, así como motores que funcionen mejor y, por supuesto, juguetes navideños más geniales.

Aprendizaje automático. Usando computadoras tradicionales, los algoritmos de aprendizaje automático necesitan una gran cantidad de ejemplos seleccionados y etiquetados (big data) para aprender nuevas habilidades. Con la computación cuántica, el software de aprendizaje automático puede comenzar a aprender más como los humanos, por lo que pueden adquirir nuevas habilidades utilizando menos datos, datos más desordenados, a menudo con pocas instrucciones.

Esta aplicación también es un tema de interés entre los investigadores en el campo de la inteligencia artificial (IA), ya que esta capacidad de aprendizaje natural mejorada podría acelerar el progreso en la investigación de la IA en décadas. Más sobre esto en nuestra serie El futuro de la inteligencia artificial.

Cifrado. Lamentablemente, esta es la aplicación que tiene nerviosos a la mayoría de los investigadores y agencias de inteligencia. Todos los servicios de encriptación actuales dependen de la creación de contraseñas que una supercomputadora moderna tardaría miles de años en descifrar; En teoría, las computadoras cuánticas podrían descifrar estas claves de cifrado en menos de una hora.

La banca, las comunicaciones, los servicios de seguridad nacional, la propia Internet depende de un cifrado fiable para funcionar. (Ah, y olvídese del bitcoin también, dada su dependencia central del cifrado). Si estas computadoras cuánticas funcionan como se anuncia, todas estas industrias estarán en riesgo, en el peor de los casos, poniendo en peligro a toda la economía mundial hasta que construyamos cifrado cuántico para mantener ritmo.

Traducción de idiomas en tiempo real. Para finalizar este capítulo y esta serie con una nota menos estresante, las computadoras cuánticas también permitirán una traducción de idiomas en tiempo real casi perfecta entre dos idiomas cualesquiera, ya sea a través de un chat de Skype o mediante el uso de un dispositivo portátil de audio o un implante en su oído. .

En 20 años, el idioma ya no será una barrera para los negocios y las interacciones cotidianas. Por ejemplo, una persona que solo habla inglés puede entablar relaciones comerciales con mayor confianza con socios en países extranjeros donde las marcas inglesas no habrían podido penetrar de otro modo, y cuando visita dichos países extranjeros, esta persona puede incluso enamorarse de alguien que solo pasa a hablar cantonés.