En junio, un ejecutivo informático de IBM afirmó Las computadoras cuánticas estaban entrando en la fase de "utilidad"., en el que los dispositivos experimentales de alta tecnología resultan útiles. En septiembre, la científica jefe de Australia, Cathy Foley, llegó incluso a declarar: “El amanecer de la era cuántica.."
Esta semana, el físico australiano Michelle Simmons ganó el premio científico más importante del país por su trabajo en el desarrollo de computadoras cuánticas basadas en silicio.
Obviamente, las computadoras cuánticas están teniendo su momento. Pero, para retroceder un poco, ¿qué es exactamente en ¿ellos?
¿Qué es una computadora cuántica?
Una forma de pensar en computadoras es en términos de los tipos de números con los que trabajan.
Las computadoras digitales que utilizamos todos los días se basan en números enteros (o enteros), que representan información como cadenas de ceros y unos que reorganizan según reglas complicadas. También hay computadoras analógicas, que representan información como números que varían continuamente (o numeros reales), manipulados mediante circuitos eléctricos o rotores giratorios o fluidos en movimiento.
En el siglo XVI, el matemático italiano Girolamo Cardano inventó otro tipo de número llamado números complejos para resolver tareas aparentemente imposibles como encontrar la raíz cuadrada de un número negativo. En el siglo XX, con la llegada de la física cuántica, resultó que los números complejos también describen de forma natural los finos detalles de la luz y la materia.
En la década de 1990, la física y la informática chocaron cuando se descubrió que algunos problemas podían resolverse mucho más rápido con algoritmos que trabajaban directamente con números complejos codificados en la física cuántica.
El siguiente paso lógico fue construir dispositivos que funcionen con luz y materia para hacer esos cálculos automáticamente. Este fue el nacimiento de la computación cuántica.
¿Por qué es importante la computación cuántica?
Generalmente pensamos en las cosas que hacen nuestras computadoras en términos que significan algo para nosotros: equilibrar mi hoja de cálculo, transmitir mi video en vivo, encontrar mi transporte al aeropuerto. Sin embargo, todos estos son, en última instancia, problemas computacionales, expresados en lenguaje matemático.
Como la computación cuántica es todavía un campo incipiente, la mayoría de los problemas que sabemos que resolverán las computadoras cuánticas están expresados en matemáticas abstractas. Algunas de ellas tendrán aplicaciones en el “mundo real” que aún no podemos prever, pero otras tendrán un impacto más inmediato.
Una de las primeras aplicaciones será la criptografía. Las computadoras cuánticas podrán descifrar los algoritmos de cifrado de Internet actuales, por lo que necesitaremos tecnología criptográfica resistente a los cuánticos. Una criptografía demostrablemente segura y una Internet totalmente cuántica utilizarían tecnología de computación cuántica.
En la ciencia de los materiales, las computadoras cuánticas podrán simular estructuras moleculares a escala atómica, lo que hará que sea más rápido y más fácil descubrir materiales nuevos e interesantes. Esto puede tener aplicaciones importantes en baterías, productos farmacéuticos, fertilizantes y otros dominios basados en la química.
Las computadoras cuánticas también acelerarán muchos problemas de optimización difíciles, en los que queremos encontrar la "mejor" manera de hacer algo. Esto nos permitirá abordar problemas de mayor escala en áreas como la logística, las finanzas y la previsión meteorológica.
Aprendizaje automático Es otra área donde las computadoras cuánticas pueden acelerar el progreso. Esto podría suceder indirectamente, acelerando las subrutinas en las computadoras digitales, o directamente si las computadoras cuánticas pueden reinventarse como máquinas de aprendizaje.
¿Cuál es el panorama actual?
En 2023, la computación cuántica saldrá de los laboratorios subterráneos de los departamentos de física de las universidades y se trasladará a las instalaciones de investigación y desarrollo industriales. La medida está respaldada por las chequeras de corporaciones multinacionales y capitalistas de riesgo.
Prototipos contemporáneos de computación cuántica, construidos por IBM, Google, IonQ, Rigetti, y otros, todavía están lejos de la perfección.
Las máquinas actuales son de tamaño modesto y susceptibles a errores, en lo que se ha denominado el “ruidoso cuántico de escala intermedia”fase de desarrollo. La naturaleza delicada de los pequeños sistemas cuánticos significa que son propensos a muchas fuentes de error, y corregir estos errores es un obstáculo técnico importante.
El santo grial es una computadora cuántica a gran escala que puede corregir sus propios errores. Todo un ecosistema de facciones de investigación y empresas comerciales persigue este objetivo a través de diversos enfoques tecnológicos.
Superconductores, Iones, Silicio, Fotones
El enfoque actual utiliza bucles de corriente eléctrica dentro de circuitos superconductores para almacenar y manipular información. Esta es la tecnología adoptada por Google, IBM, Rigetti, Y otros.
Otro método, la tecnología de “iones atrapados”, funciona con grupos de partículas atómicas cargadas eléctricamente, utilizando la estabilidad inherente de las partículas para reducir los errores. Este enfoque ha sido impulsado por IonQ y Honeywell.
Una tercera ruta de exploración es confinar los electrones dentro de pequeñas partículas de material semiconductor, que luego podrían fusionarse en la bien establecida tecnología del silicio de la computación clásica. Computación cuántica de silicio está siguiendo este ángulo.
Otra dirección más es utilizar partículas individuales de luz (fotones), que pueden manipularse con alta fidelidad. Una empresa llamada PsiQuantum está diseñando intrincados circuitos de “luz guiada” para realizar cálculos cuánticos.
Aún no hay un ganador claro entre estas tecnologías, y bien podría ser un enfoque híbrido el que finalmente prevalezca.
¿Adónde nos llevará el futuro cuántico?
Intentar pronosticar el futuro de la computación cuántica hoy en día es similar a predecir autos voladores y terminar con cámaras en nuestros teléfonos. Sin embargo, hay algunos hitos que muchos investigadores estarían de acuerdo en que probablemente se alcanzarán en la próxima década.
Una mejor corrección de errores es una de las más importantes. Esperamos ver una transición de la era de los dispositivos ruidosos a dispositivos pequeños que puedan sostener la computación mediante la corrección activa de errores.
Otro es el advenimiento de la criptografía poscuántica. Esto significa el establecimiento y adopción de estándares criptográficos que las computadoras cuánticas no puedan romper fácilmente.
También se vislumbran en el horizonte beneficios comerciales derivados de tecnologías como la detección cuántica.
La demostración de una genuina “ventaja cuántica” también será un avance probable. Esto significa una aplicación convincente en la que un dispositivo cuántico es indiscutiblemente superior a la alternativa digital.
Y un objetivo ambicioso para la próxima década es la creación de una computadora cuántica a gran escala libre de errores (con corrección activa de errores).
Cuando esto se haya logrado, podemos estar seguros de que el siglo XXI será la “era cuántica”.
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
Crédito de la imagen: Se necesita una plataforma de enfriamiento compleja para mantener las temperaturas de trabajo ultrafrías requeridas por una computadora cuántica superconductora. IBM
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- Fuente: https://singularityhub.com/2023/10/19/quantum-computers-in-2023-where-they-are-now-and-whats-next/
