Quantumrun

CRÉDITO DA IMAXE: Quantumrun

Como as computadoras cuánticas cambiarán o mundo: o futuro das computadoras P7

David Tal, Editor, Futurista
@DavidTalWrites
LinkedIn

Luns, 09/14/2020 - 05:14

Hai moita publicidade que circula pola industria informática en xeral, unha exageración centrada nunha tecnoloxía específica que ten o potencial de cambialo todo: as computadoras cuánticas. Sendo o homónimo da nosa empresa, admitiremos un sesgo no noso optimismo en torno a esta tecnoloxía e, ao longo deste capítulo final da nosa serie Future of Computers, esperamos compartir convosco por que é iso.

Nun nivel básico, unha computadora cuántica ofrece a oportunidade de manipular a información dun xeito fundamentalmente diferente. De feito, unha vez que esta tecnoloxía madure, estes ordenadores non só resolverán problemas matemáticos máis rápido que calquera ordenador que exista actualmente, senón tamén calquera ordenador que se prevé que exista durante as próximas décadas (asumindo que a lei de Moore sexa certa). En efecto, semellante á nosa discusión ao redor supercomputadoras no noso último capítulo, as futuras computadoras cuánticas permitirán á humanidade abordar cuestións cada vez máis grandes que poden axudarnos a obter unha comprensión profundamente máis profunda do mundo que nos rodea.

Que son as computadoras cuánticas?

Hype aparte, en que se diferencian os ordenadores cuánticos dos ordenadores estándar? E como funcionan?

Para os alumnos visuais, recomendámosche ver este divertido e breve vídeo do equipo de YouTube de Kurzgesagt sobre este tema:

Mentres tanto, para os nosos lectores, faremos todo o posible para explicar as computadoras cuánticas sen necesidade dun título de física.

Para comezar, cómpre lembrar que a unidade básica do proceso de información dos ordenadores é un pouco. Estes bits poden ter un dos dous valores: 1 ou 0, activado ou desactivado, si ou non. Se combinas suficientes destes bits xuntos, podes representar números de calquera tamaño e facer todo tipo de cálculos sobre eles, un tras outro. Canto máis grande ou máis potente sexa o chip do ordenador, máis grandes serán os números que podes crear e aplicar cálculos, e máis rápido poderás pasar dun cálculo a outro.

Os ordenadores cuánticos son diferentes en dous aspectos importantes.

En primeiro lugar, é a vantaxe da "superposición". Mentres que os ordenadores tradicionais funcionan con bits, os ordenadores cuánticos funcionan con qubits. O efecto de superposición que permiten os qubits é que, en lugar de estar restrinxido a un dos dous valores posibles (1 ou 0), un qubit pode existir como unha mestura de ambos. Esta función permite que os ordenadores cuánticos funcionen de forma máis eficiente (máis rápido) que os ordenadores tradicionais.

En segundo lugar, é a vantaxe do "enredo". Este fenómeno é un comportamento único da física cuántica que une o destino dunha cantidade de partículas diferentes, de xeito que o que lle sucede a unha afectará ás outras. Cando se aplica aos ordenadores cuánticos, isto significa que poden manipular todos os seus qubits simultaneamente; noutras palabras, en lugar de facer un conxunto de cálculos un tras outro, un ordenador cuántico podería facelos todos ao mesmo tempo.

A carreira para construír o primeiro ordenador cuántico

Este título é un tanto erróneo. Empresas líderes como Microsoft, IBM e Google xa crearon os primeiros ordenadores cuánticos experimentais, pero estes primeiros prototipos presentan menos de dúas ducias de qubits por chip. E aínda que estes primeiros esforzos son un gran primeiro paso, as empresas tecnolóxicas e os departamentos de investigación gobernamentais terán que construír unha computadora cuántica con polo menos 49 a 50 qubits para que o bombo alcance o seu potencial teorizado no mundo real.

Para este fin, hai unha serie de enfoques que se están experimentando para acadar este fito de 50 qubits, pero dous están por riba de todos.

Nun campo, Google e IBM pretenden desenvolver unha computadora cuántica representando os qubits como correntes que flúen a través de fíos supercondutores que se arrefrían ata -273.15 graos Celsius, ou cero absoluto. A presenza ou ausencia de corrente representa un 1 ou 0. O beneficio deste enfoque é que estes fíos ou circuítos supercondutores poden construírse con silicio, un material co que as empresas de semicondutores teñen décadas de experiencia traballando.

O segundo enfoque, liderado por Microsoft, implica ións atrapados mantidos no lugar nunha cámara de baleiro e manipulados por láseres. As cargas oscilantes funcionan como qubits, que logo se usan para procesar as operacións da computadora cuántica.

Como usaremos os ordenadores cuánticos

Vale, deixando a teoría a un lado, centrémonos nas aplicacións do mundo real que terán estas computadoras cuánticas no mundo e como se relacionan as empresas e as persoas con el.

Problemas loxísticos e de optimización. Entre os usos máis inmediatos e rendibles dos ordenadores cuánticos estará a optimización. Para as aplicacións de transporte compartido, como Uber, cal é a ruta máis rápida para recoller e deixar o maior número posible de clientes? Para os xigantes do comercio electrónico, como Amazon, cal é a forma máis rendible de entregar miles de millóns de paquetes durante a carreira de compra de agasallos das vacacións?

Estas simples preguntas implican a análise de números de centos a miles de variables á vez, unha fazaña que as supercomputadoras modernas simplemente non poden manexar; polo que, en cambio, calculan unha pequena porcentaxe desas variables para axudar a estas empresas a xestionar as súas necesidades loxísticas dun xeito menos que óptimo. Pero cunha computadora cuántica, cortará unha montaña de variables sen suar.

Tempo e clima modelado. Do mesmo xeito que o punto anterior, a razón pola que a canle meteorolóxica ás veces se equivoca é porque hai demasiadas variables ambientais para que as procesen os seus supercomputadores (esa e ás veces unha mala recollida de datos meteorolóxicos). Pero cunha computadora cuántica, os científicos meteorolóxicos non só poden prever patróns meteorolóxicos a curto prazo perfectamente, senón que tamén poden crear avaliacións climáticas máis precisas a longo prazo para prever os efectos do cambio climático.

Medicina personalizada. Decodificar o teu ADN e o teu microbioma único é crucial para que os futuros médicos receitan medicamentos que se adapten perfectamente ao teu corpo. Aínda que as supercomputadoras tradicionais lograron avances na decodificación do ADN de forma rentable, o microbioma está moi fóra do seu alcance, pero non é así para as futuras computadoras cuánticas.

As computadoras cuánticas tamén permitirán ás grandes farmacéuticas predicir mellor como reaccionan as diferentes moléculas cos seus fármacos, acelerando así significativamente o desenvolvemento farmacéutico e baixando os prezos.

Exploración espacial. Os telescopios espaciais de hoxe (e de mañá) recollen cada día enormes cantidades de datos de imaxes astrolóxicas que rastrexan os movementos de billóns de galaxias, estrelas, planetas e asteroides. Lamentablemente, estes son demasiados datos para que os supercomputadores actuais poidan examinar para facer descubrimentos significativos de forma regular. Pero cunha computadora cuántica madura combinada coa aprendizaxe automática, todos estes datos poden finalmente procesarse de forma eficiente, abrindo a porta ao descubrimento de centos ou miles de novos planetas diariamente a principios da década de 2030.

Ciencias fundamentais. Do mesmo xeito que os puntos anteriores, a potencia de cálculo bruta que permiten estas computadoras cuánticas permitirá aos científicos e enxeñeiros idear novos produtos químicos e materiais, así como motores que funcionen mellor e, por suposto, xoguetes de Nadal máis frescos.

Aprendizaxe automática. Usando ordenadores tradicionais, os algoritmos de aprendizaxe automática necesitan unha cantidade xigante de exemplos seleccionados e etiquetados (big data) para aprender novas habilidades. Coa computación cuántica, o software de aprendizaxe automática pode comezar a aprender máis como os humanos, polo que poden adquirir novas habilidades usando menos datos, datos máis desordenados, moitas veces con poucas instrucións.

Esta aplicación tamén é un tema de entusiasmo entre os investigadores no campo da intelixencia artificial (IA), xa que esta mellora da capacidade de aprendizaxe natural podería acelerar o progreso na investigación da IA durante décadas. Máis sobre isto na nosa serie Future of Artificial Intelligence.

Criptografía. Por desgraza, esta é a aplicación que ten nerviosos a maioría dos investigadores e axencias de intelixencia. Todos os servizos de cifrado actuais dependen da creación de contrasinais que levaría miles de anos crackear un superordenador moderno; teoricamente, os ordenadores cuánticos poderían extraer estas claves de cifrado en menos dunha hora.

Banca, comunicacións, servizos de seguridade nacional, internet en si depende dun cifrado fiable para funcionar. (Ah, e esquécete tamén do bitcoin, dada a súa dependencia fundamental do cifrado). Se estes ordenadores cuánticos funcionan como se anuncia, todas estas industrias estarán en perigo, no peor dos casos poñendo en perigo a toda a economía mundial ata que desarrollemos o cifrado cuántico para manter Paz.

Tradución de idiomas en tempo real. Para rematar este capítulo e esta serie cunha nota menos estresante, os ordenadores cuánticos tamén permitirán unha tradución case perfecta e en tempo real entre dous idiomas calquera, xa sexa a través dun chat de Skype ou mediante o uso dun dispositivo de audio ou implantado no teu oído. .

Dentro de 20 anos, a lingua deixará de ser unha barreira para as interaccións comerciais e cotiás. Por exemplo, unha persoa que só fala inglés pode entrar con máis confianza en relacións comerciais con socios de países estranxeiros nos que doutro xeito as marcas inglesas non conseguirían penetrar, e ao visitar os devanditos países estranxeiros, esta persoa pode incluso namorarse de certo alguén que só pasa a falar cantonés.