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Cálculo cuántico
Las computadoras se han infiltrado en casi todos los campos de la ciencia y los negocios, y siguen haciéndose más rápidas. No obstante, los investigadores encuentran rutinariamente problemas imposibles de resolver incluso para las supercomputadoras más poderosas. El remedio podrían ser las computadoras cuánticas, que utilizarían las fantásticas propiedades de la mecánica cuántica para resolver estos problemas en segundos en lugar de siglos. Desde la década de 1980, los físicos de los laboratorios académicos y de empresas como IBM, Hewlett-Packard y NEC han perseguido una variedad de enfoques de computación cuántica, pero parece probable que ninguno entregue una máquina en funcionamiento en menos de 10 años.
Compañía: Sistemas D-Wave
Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2005
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Sede: Vancouver, Columbia Británica
Monto invertido: 22 millones de dólares canadienses (alrededor de 17,5 millones de dólares estadounidenses)
Inversor principal: Draper Fisher Jurvetson
Fundadores clave: Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens y Haig Farris
Tecnología: Computadoras cuánticas
Sin embargo, la startup de Vancouver D-Wave Systems tiene como objetivo construir una computadora cuántica en tres años. No será una computadora cuántica completamente funcional del tipo que se imaginó durante mucho tiempo; pero D-Wave está en camino de producir una pieza ruidosa de hardware cuántico para propósitos especiales que podría resolver muchos de los problemas de simulación física que afectan a las computadoras actuales, dice David Meyer, un matemático que trabaja en algoritmos cuánticos en la Universidad de California. San Diego.
La diferencia entre el sistema de D-Wave y otros diseños de computadoras cuánticas son las propiedades particulares de la mecánica cuántica que explotan. Otros sistemas se basan en una propiedad llamada entrelazamiento, que dice que dos partículas cualesquiera que hayan interactuado en el pasado, incluso si ahora están separadas espacialmente, aún pueden influir en los estados de la otra. Pero esa interdependencia se ve fácilmente interrumpida por las interacciones de las partículas con su entorno. Por el contrario, el diseño de D-Wave aprovecha la propiedad mucho más robusta de la física cuántica conocida como túnel cuántico, que permite que las partículas salten mágicamente de un lugar a otro.
Incorporado en abril de 1999, D-Wave se originó como una serie de conversaciones entre estudiantes y profesores de la Universidad de Columbia Británica. A lo largo de los años, ha acumulado propiedad intelectual y ha reducido su enfoque, al tiempo que atrae casi $ 18 millones en fondos, inicialmente de inversionistas ángeles y más recientemente de los gobiernos de Canadá y Alemania, y de empresas de capital de riesgo. La compañía planea completar un prototipo de dispositivo para fines de 2006; una versión capaz de resolver problemas comerciales podría estar lista para 2008, dice el presidente y director ejecutivo Geordie Rose.
La agresividad del horario de D-Wave es posible gracias a la simplicidad del diseño de su dispositivo: un chip analógico hecho de superconductores de baja temperatura. El chip debe enfriarse a -269 ° C con helio líquido, pero no requiere los delicados láseres de última generación, bombas de vacío y otra maquinaria exótica que necesitan otras computadoras cuánticas.
El diseño también se adapta a las técnicas de litografía utilizadas para hacer chips de computadora estándar, lo que simplifica aún más la fabricación. D-Wave modela una serie de bucles de superconductores de baja temperatura, como el aluminio y el niobio, en un chip. Cuando la electricidad fluye a través de ellos, los bucles actúan como pequeños imanes. Dos imanes de refrigerador se girarán naturalmente para que se peguen, minimizando la energía entre ellos. Los bucles en el chip de D-Wave se comportan de manera similar, cambiando la dirección del flujo de corriente de sentido horario a antihorario para minimizar el flujo magnético entre ellos. Dependiendo del problema que se pretenda abordar, el chip está programado para que la corriente fluya a través de cada bucle en una dirección particular. Luego, los bucles se voltean espontáneamente hasta que alcanzan un estado de energía estable, que representa la solución al problema.
La primera computadora de D-Wave no podrá lograr la recompensa más publicitada de la computación cuántica: factorizar los números extremadamente grandes en el corazón de los sistemas criptográficos modernos exponencialmente más rápido que cualquier computadora conocida. Sin embargo, será ideal para resolver problemas como el infame problema del viajante de comercio, en el que un vendedor busca la ruta óptima entre ciudades. A medida que aumenta su complejidad, estos problemas rápidamente se vuelven intratables para las computadoras tradicionales porque requieren investigar todas las respuestas posibles. Al buscar su propio estado de energía óptimo, el chip de D-Wave realiza exactamente este tipo de cálculo automáticamente, en segundos. Las aplicaciones, algunas por valor de miles de millones de dólares, incluyen la optimización de elementos tan variados como rutas de camiones, carteras financieras e incluso los diseños de chips informáticos tradicionales. El colaborador de D-Wave, Oliver Downs, dice que el chip de D-Wave también debería sobresalir en el modelado de otros sistemas cuánticos, como las interacciones moleculares que caracterizan a los nanomateriales o fármacos.
Aunque más robustos que los típicos ordenadores cuánticos, los sistemas de D-Wave seguirán siendo delicados. Entonces, la empresa tiene la intención de vender soluciones en lugar de computadoras, dice Rose. Un cliente ejecutará un programa para resolver un problema determinado en sus propias computadoras. Cuando el programa encuentra la parte irresoluble del problema, llamará de forma remota a la computadora de D-Wave para ejecutar una subrutina. Para muchas aplicaciones especializadas, dicho hardware dedicado tiene el potencial de ser superior incluso al software más inteligente que se ejecuta en una computadora de propósito general, dice Meyer de UCSD.
Y aunque muchos enfoques de la computación cuántica han chocado contra la pared, chocando con los límites de los láseres y otros equipos, Downs cree que los primeros resultados experimentales de D-Wave indican que su chip está en el plazo previsto. Aunque Meyer dice que no puede evaluar si la empresa cumplirá con sus plazos autoimpuestos, cree que logrará construir una máquina que pueda resolver exactamente el tipo de problemas que imagina. Han empleado tanto a muy buenos experimentadores como a gente teórica bastante seria, dice. Sin duda, esa es la manera de abordar este tipo de problema para que suceda en períodos de tiempo no académicos.
Compañía:
Sistemas D-Wave
Sede:
Vancouver, Columbia Británica
Monto invertido:
22 millones de dólares canadienses (alrededor de 17,5 millones de dólares estadounidenses)
Inversor principal:
Draper Fisher Jurvetson
Fundadores clave:
Geordie Rose, Alexandre Zagoskin, Bob Wiens y Haig Farris
Tecnología:
Computadoras cuánticas