Esto es lo que significa (y no significa) la supremacía cuántica para la computación

Una computadora cuántica de Google Google

Según se informa, Google ha demostrado por primera vez que una computadora cuántica es capaz de realizar una tarea más allá del alcance de incluso la supercomputadora convencional más poderosa en cualquier marco de tiempo práctico, un hito conocido en el mundo de la computación como supremacía cuántica. ( Actualizar : Confirmó la noticia el 23 de octubre.)

El término que suena siniestro, que fue acuñado por el físico teórico John Preskill en 2012, evoca una imagen de máquinas parecidas a Darth Vader dominando a otras computadoras. Y la noticia ya ha producido algunos titulares extravagantes, como uno en el sitio web de Infowars que gritaba, la 'Supremacía cuántica' de Google para hacer que toda la criptografía y los secretos militares sean rompibles. Las figuras políticas también se han visto atrapadas en la histeria: Andrew Yang, un candidato presidencial, tuiteó que Google logra la computación cuántica es un gran problema. Significa, entre muchas otras cosas, que ningún código es imposible de descifrar.

Disparates. No significa eso en absoluto. El logro de Google es significativo, pero las computadoras cuánticas no se han convertido repentinamente en colosos informáticos que dejarán atrás a las máquinas convencionales. Tampoco arrasarán con la criptografía convencional en un futuro cercano, aunque a largo plazo, podrían representar una amenaza para la que debemos comenzar a prepararnos ahora.

Aquí hay una guía de lo que Google parece haber logrado, y un antídoto contra la exageración que rodea a la supremacía cuántica.

¿Qué sabemos sobre el experimento de Google?

Todavía no hemos recibido confirmación de Google sobre lo que ha hecho. La información sobre el experimento proviene de un artículo titulado Quantum Supremacy Using a Programmable Superconducting Processor, que se publicó brevemente en un sitio web de la NASA antes de ser retirado. Su existencia se reveló en un informe del Financial Times, y se puede encontrar una copia del documento. aquí .

El experimento es bastante arcano, pero requirió una gran cantidad de esfuerzo computacional. El equipo de Google usó un procesador cuántico con nombre en código Sycamore para demostrar que las cifras generadas por un generador de números aleatorios eran realmente aleatorias. Luego calcularon cuánto tiempo le tomaría a Summit, la supercomputadora más poderosa del mundo, hacer la misma tarea. La diferencia fue asombrosa: mientras que la máquina cuántica lo pulió en 200 segundos, los investigadores estimaron que la computadora clásica necesitaría 10.000 años.

Cuando el documento se publique formalmente, es posible que otros investigadores comiencen a hacer agujeros en la metodología, pero por ahora parece que Google obtuvo una puntuación de cómputo primero al demostrar que una máquina cuántica puede superar incluso a las supercomputadoras más poderosas de la actualidad. Ahora hay menos dudas de que las computadoras cuánticas pueden ser el futuro de la computación de alto rendimiento, dice Nick Farina, director ejecutivo de la startup de hardware cuántico EeroQ.

¿Por qué las computadoras cuánticas son mucho más rápidas que las clásicas?

En una computadora clásica, los bits que transportan información representan un 1 o un 0 ; pero los bits cuánticos, o qubits, que toman la forma de partículas subatómicas como fotones y electrones, pueden estar en una especie de combinación de 1 y 0 al mismo tiempo, un estado conocido como superposición. A diferencia de los bits, los qubits también pueden influirse entre sí a través de un fenómeno conocido como entrelazamiento, que desconcertó incluso a Einstein, quien lo llamó acción espeluznante a distancia.

Gracias a estas propiedades, que se describen con más detalle en nuestro explicador de computación cuántica, agregar solo unos pocos qubits adicionales a un sistema aumenta su poder de procesamiento exponencialmente. Fundamentalmente, las máquinas cuánticas pueden procesar grandes cantidades de datos en paralelo, lo que les ayuda a superar a las máquinas clásicas que procesan datos secuencialmente. Esa es la teoría. En la práctica, los investigadores han estado trabajando durante años para demostrar de manera concluyente que una computadora cuántica puede hacer algo que ni siquiera la computadora convencional más capaz puede. El esfuerzo de Google ha sido liderado por John Martinis, quien ha realizado un trabajo pionero en el uso de circuitos superconductores para generar cúbits.

¿Esta aceleración no significa que las máquinas cuánticas pueden superar a otras computadoras ahora?

No. Google eligió una tarea muy limitada. Las computadoras cuánticas aún tienen un largo camino por recorrer antes de que puedan superar a las clásicas en la mayoría de las cosas, y es posible que nunca lleguen allí. Pero los investigadores con los que hablé desde que apareció el artículo en línea dicen que el experimento de Google sigue siendo significativo porque durante mucho tiempo ha habido dudas de que las máquinas cuánticas puedan superar a las computadoras clásicas en algo.

Hasta ahora, los grupos de investigación han podido reproducir los resultados de máquinas cuánticas con alrededor de 40 qubits en sistemas clásicos. El procesador Sycamore de Google, que aprovechó 53 qubits para el experimento, sugiere que tal emulación ha llegado a sus límites. Estamos entrando en una era en la que explorar lo que puede hacer una computadora cuántica ahora requerirá una computadora cuántica física... Ya no podrás reproducir resultados de manera creíble en un emulador convencional, explica Simon Benjamin, investigador cuántico de la Universidad de Oxford. .

¿No tiene razón Andrew Yang en que nuestras defensas criptográficas ahora pueden volarse por los aires?

De nuevo, no. Eso es una exageración salvaje. El documento de Google deja en claro que, si bien su equipo ha podido mostrar la supremacía cuántica en una tarea de muestreo limitada, todavía estamos muy lejos de desarrollar una computadora cuántica capaz de implementar el algoritmo de Shor, que se desarrolló en la década de 1990 para ayudar a las máquinas cuánticas. Factorizar números masivos. Los métodos de encriptación más populares de la actualidad solo se pueden descifrar factorizando tales números, una tarea que llevaría a las máquinas convencionales muchos miles de años.

Pero esta brecha cuántica no debería ser motivo de complacencia, porque cosas como los registros financieros y de salud que se mantendrán durante décadas podrían eventualmente volverse vulnerables a los piratas informáticos con una máquina capaz de ejecutar un algoritmo de descifrado de códigos como el de Shor. Los investigadores ya están trabajando arduamente en métodos de encriptación novedosos que puedan resistir este tipo de ataques (consulte nuestra explicación sobre criptografía poscuántica para obtener más detalles).

¿Por qué las computadoras cuánticas no son tan supremas como la supremacía cuántica las hace sonar?

La razón principal es que todavía cometen muchos más errores que los clásicos. El delicado estado cuántico de los qubits dura meras fracciones de segundo y puede verse afectado fácilmente incluso por la más mínima vibración o un pequeño cambio de temperatura, fenómeno conocido como ruido en la jerga cuántica. Esto hace que los errores se filtren en los cálculos. Los Qubits también tienen una tendencia similar a la de Tinder a querer emparejarse con muchos otros. Tal diafonía entre ellos también puede producir errores.

El artículo de Google sugiere que ha encontrado una forma novedosa de reducir la diafonía, lo que podría ayudar a allanar el camino para máquinas más confiables. Pero las computadoras cuánticas de hoy todavía se parecen a las primeras supercomputadoras en la cantidad de hardware y complejidad necesarios para que funcionen, y solo pueden abordar tareas muy esotéricas. Todavía ni siquiera estamos en una etapa equivalente a la ENIAC, la primera computadora de propósito general de IBM, que se puso en funcionamiento en 1945.

Entonces, ¿cuál es el próximo hito cuántico al que aspirar?

Superar a las computadoras convencionales para resolver un problema del mundo real, una hazaña a la que algunos investigadores se refieren como ventaja cuántica. La esperanza es que el inmenso poder de procesamiento de las computadoras cuánticas ayude a descubrir nuevos productos farmacéuticos y materiales, mejore las aplicaciones de inteligencia artificial y conduzca a avances en otros campos, como los servicios financieros, donde podrían aplicarse a cosas como la gestión de riesgos.

Si los investigadores no pueden demostrar una ventaja cuántica en al menos uno de estos tipos de aplicaciones pronto, la burbuja de expectativas infladas que está explotando en torno a la computación cuántica podría estallar rápidamente.

Cuando le pregunté a Martinis de Google sobre esto en una entrevista para una historia el año pasado, estaba claramente consciente del riesgo. Tan pronto como lleguemos a la supremacía cuántica, me dijo, vamos a querer demostrar que una máquina cuántica puede hacer algo realmente útil. Ahora es el momento de que su equipo y otros investigadores se enfrenten a ese desafío apremiante.

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