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La CIA y Jeff Bezos apuestan por la Computación Cuántica
Dentro de un edificio de bloques en un suburbio de Vancouver, al otro lado de la calle de un McDonald's desaliñado, hay un lugar más frío que cualquier otro lugar del universo conocido. En su interior hay un procesador de computadora que el fundador de Amazon, Jeff Bezos, y el brazo de inversión de la CIA, In-Q-Tel, creen que puede aprovechar las peculiaridades de la mecánica cuántica para liberar más potencia informática que cualquier chip de computadora convencional. Bezos e In-Q-Tel forman parte de un grupo de inversores que apuestan 30 millones de dólares por este prospecto.
Enredado : Esto es parte de la estructura que enfría y protege el procesador D-Wave para que pueda (aparentemente) realizar sus cálculos cuánticos.
Si la apuesta funciona, algunos de los problemas informáticos más espinosos del mundo, como la búsqueda de nuevas drogas o los esfuerzos para desarrollar inteligencia artificial, se volverían mucho menos desafiantes. Este desarrollo también limpiaría la reputación contaminada de D-Wave Systems, la startup cuyo esfuerzo de ocho años para crear una computadora cuántica se ha ganado poco más que un escepticismo rayano en el ridículo por parte de destacados físicos.
El procesador superenfriado de D-Wave está diseñado para manejar lo que los ingenieros de software llaman problemas de optimización, el núcleo de los enigmas, como averiguar la ruta de administración más eficiente o cómo se moverán los átomos de una proteína cuando se encuentre con un compuesto farmacológico. Prácticamente todo tiene que ver con la optimización, y es la base del aprendizaje automático, que es la base de prácticamente toda la creación de riqueza en Internet, dice Geordie Rose, fundador y director de tecnología de D-Wave. En el aprendizaje automático, una rama de la inteligencia artificial, el software examina información sobre el mundo y formula una forma adecuada de actuar en el futuro. Es la base de tecnologías como el reconocimiento de voz y las recomendaciones de productos y es una prioridad para la investigación de empresas, como Google y Amazon, que dependen de big data.
Los clientes de nuestra comunidad de inteligencia tienen muchos problemas complejos que gravan la arquitectura informática clásica, dijo Robert Ames, vicepresidente de tecnologías de la información y la comunicación en In-Q-Tel, en un comunicado publicado hoy. El cliente principal de In-Q-Tel es la CIA y la Agencia de Seguridad Nacional es otro. Se sabe que ambos están invirtiendo fuertemente en la recopilación y el análisis de inteligencia automatizados.
Rose, un canadiense confiado con una guitarra y una espada samurái apoyada en la esquina de su oficina sin ventanas, ha estado haciendo grandes reclamos a los periodistas desde 2007, cuando presentó el primer procesador de prueba de concepto de D-Wave en un evento de alto perfil en el Museo de Historia de la Computación en Mountain View, California. Los asistentes vieron un procesador D-Wave (aparentemente) resolver acertijos de sudoku y encontrar una combinación cercana a una molécula de fármaco en particular en una colección de otros compuestos. Pero en las semanas, meses y años que siguieron, el escepticismo y las acusaciones de fraude llovieron sobre la empresa por parte de expertos académicos en computación cuántica. Las predicciones iniciales de Rose sobre la rapidez con la que la empresa aumentaría el tamaño y las capacidades de sus chips quedaron en el camino, y la empresa, aunque todavía estaba bien financiada, se mantuvo en silencio públicamente.
La inscripción de Bezos e In-Q-Tel, los patrocinadores más destacados de la compañía hasta el momento, es el último de una serie de eventos que sugieren que D-Wave cree que está lista para finalmente responder a sus críticos. En mayo de 2011, la empresa publicó un artículo en la prestigiosa revista Naturaleza que académicos críticos dijeron fue el primero en demostrar que los chips de D-Wave tienen algunas de las propiedades cuánticas necesarias para respaldar las afirmaciones de Rose. Los investigadores de inteligencia artificial de Google inician sesión regularmente en una computadora D-Wave a través de Internet para probarla, y en 2011 también vio a la compañía contratar a su primer cliente. El contratista de defensa Lockheed Martin pagó $ 10 millones por una computadora para investigar sobre la detección automática de errores de software en proyectos complejos, como el caza retrasado F-35 (consulte Aprovechamiento de los efectos cuánticos para el software que aprende). Quedan dudas sobre cómo funciona su tecnología, pero D-Wave dice que próximamente habrá más evidencia. Está preparando un procesador mejorado que Rose llama el primer producto verdadero de la compañía en lugar de un equipo de investigación. Se espera que D-Wave anuncie otros clientes importantes en los próximos meses.
Punto frío
Ingrese a la suite de oficina de la planta baja de D-Wave y será recibido por salas de reuniones, oficinas y cubículos insípidos. Pero abra la puerta correcta del pasillo principal y emergerá a un espacio de laboratorio blanco brillante dominado por cuatro monolitos negros: las computadoras de D-Wave. Aproximadamente en forma de cubo, y alrededor de 10 pies de alto, emiten un sonido rítmico y agudo a medida que los gases sobreenfriados circulan por el interior. Cada una de las máquinas tiene una puerta lateral y está casi vacía, con lo que parece una pistola de rayos que desciende del techo, una pila de cinco discos de metal de tamaño decreciente muy espaciados unidos con cables, puntales y tuberías chapadas en oro. y cobre. En realidad, es una pistola fría: la estructura es un frío -452 ° F (4 ° Kelvin) en el extremo ancho y unas milésimas de grado por encima del cero absoluto en su punta, donde se puede encontrar el chip de pulgadas cuadradas de D-Wave . Ni siquiera los confines más profundos del espacio son tan fríos, ni están tan protegidos de los campos magnéticos como este chip, que está grabado en una planta en Silicon Valley a partir de una aleación de niobio que se vuelve superconductora a temperaturas ultrabajas.
El procesador de todas las computadoras que ha utilizado está hecho de silicio y está diseñado con transistores que crean puertas lógicas: interruptores que están encendidos (representados por un 1 en la programación de la computadora) o apagados (un 0). Los procesadores de D-Wave también se componen de elementos que cambian entre 1 y 0, pero son bucles de aleación de niobio; hay 512 de ellos en el procesador más nuevo. Estos bucles se conocen como qubits y pueden atrapar la corriente eléctrica, que circula dentro de los bucles en el sentido de las agujas del reloj (representado por un 0) o en el sentido contrario a las agujas del reloj (1). Los bucles superconductores más pequeños llamados acopladores enlazan los qubits para que puedan interactuar e incluso influirse entre sí para cambiar entre 1 y 0.
Esta delicada configuración está diseñada para que el diseño de los qubits se ajuste a un algoritmo que resuelve un tipo particular de problema de optimización en el núcleo de muchas tareas difíciles de resolver en un procesador convencional. Es como una máquina especializada en una fábrica capaz de hacer una cosa realmente bien, con un tipo particular de materia prima. Realizar un cálculo en el chip de D-Wave requiere proporcionar esa materia prima, en forma de números, que se introducirán en su algoritmo codificado. Se hace estableciendo los qubits en un patrón de 1 y 0, y ajustando cómo los acopladores permiten que los qubits interactúen. Después de una espera de menos de un segundo, los qubits se establecen en nuevos valores que representan un estado de energía más bajo para el procesador y revelan una posible solución al problema original.
Lo que sucede durante esa espera crucial es una especie de argumento de la mecánica cuántica. Los qubits entran en un estado cuántico extraño en el que son simultáneamente 1 y 0, como si el gato de Schrodinger estuviera vivo y muerto, y se encierran en una extraña sincronicidad conocida como entrelazamiento, un fenómeno que alguna vez Einstein describió como espeluznante. Eso permite al sistema de qubits explorar en un instante todas las configuraciones finales posibles, antes de decidirse por la más simple o muy cercana.
Al menos, eso es lo que dicen los científicos de D-Wave. Quedan muchas preguntas sobre lo que realmente sucede dentro de los chips de la empresa, sobre todo en las cabezas de los propios físicos, ingenieros e informáticos de la empresa. Estamos construyendo este sistema de manera empírica, no solo siguiendo la teoría, dice Jeremy Hilton, el vicepresidente de D-Wave que lidera el desarrollo de su procesador. Él y los otros ingenieros de la compañía no saben con certeza qué está sucediendo en el chip, pero siempre que cada diseño genere respuestas a los problemas planteados, los detalles más finos de la física cuántica que tienen lugar en el interior pueden esperar una validación retrospectiva.
Es una actitud que parece haber funcionado bien con los inversores, pero todavía irrita a los académicos. A nivel de ingeniería, han creado una configuración que es impresionante en varios sentidos, dice Scott Aaronson, profesor del MIT que estudia los límites de la computación cuántica. Pero en términos de la evidencia de que están resolviendo problemas usando la mecánica cuántica más rápido de lo que podría hacerlo de manera clásica, no creo que esté ahí todavía. Un crítico feroz de D-Wave en los años posteriores a su demo de 2007, Aaronson suavizó su postura el año pasado después de la empresa Naturaleza papel que muestra efectos cuánticos. En el pasado, existía una enorme brecha entre las afirmaciones de marketing y dónde estaba la ciencia y eso ha bajado, pero todavía hay una brecha, dice Aaronson, quien visitó los laboratorios de la empresa en febrero. La carga de la prueba recae sobre ellos y aún no la han cumplido.
La mayor queja de Aaronson es que el diseño del sistema de D-Wave podría resolver problemas de manera plausible sin efectos cuánticos, en cuyo caso sería simplemente una computadora convencional muy extraña. Él y otros críticos dicen que la compañía aún debe probar dos cosas: que sus qubits realmente pueden entrar en superposiciones y enredarse, y que el chip ofrece una aceleración cuántica significativa en comparación con una computadora clásica que trabaja en el mismo problema. Hasta ahora, la compañía no ha presentado pruebas de ninguno de los dos en un foro revisado por pares.
Rose dice que D-Wave está trabajando para demostrar evidencia de entrelazamiento, y que pruebas recientes frente a frente con computadoras clásicas mostraron que avanza en el tipo de problema informático que está diseñado para resolver.
Aaronson también dice que la forma en que el procesador de D-Wave está codificado para un tipo particular de problema inhibirá la gama de problemas que podría resolver. Además, la cantidad relativamente pequeña de qubits en el procesador actual significa que solo puede manejar pequeñas cadenas de datos. Usar trucos matemáticos para traducir un problema en la forma correcta para lidiar con esas limitaciones, y revertir el proceso una vez que el chip de D-Wave ha dado su respuesta, podría causar una desaceleración significativa, dice Aaronson. Rose responde que un procesador cuántico será lo suficientemente rápido para superar tales penalizaciones, y dice que tiene ingenieros trabajando en formas de traducir automáticamente el código de programación normal en lo que necesita un chip D-Wave.
Si D-Wave puede o no satisfacer a Aaronson y otros escépticos, no es necesariamente importante para los inversores y las empresas de tecnología. Eso se debe a que en muchas áreas de la empresa, la potencia informática es fundamental para mantener una ventaja competitiva, dice Steve Jurvetson , socio de la firma de capital de riesgo Draper Fisher Jurvetson, que ha invertido dos veces en D-Wave y la considera la tecnología de swing-for-the-fences más singular que jamás haya financiado. El espacio de aplicación para esto, dice, es cualquier lugar en el que hayamos tenido que recurrir a una heurística (una regla empírica) para resolver un problema: comerciantes diarios, modelos moleculares, cualquiera en el comercio electrónico y los Google y Microsofts de mundo. Empresas como Lockheed, Amazon y las grandes farmacéuticas están más familiarizadas con los límites de las computadoras convencionales y serán las primeras en la fila, dice Jurvetson, pero el diseño de un nuevo automóvil o una nueva tienda en línea también podría beneficiarse.
Las empresas y las agencias gubernamentales tienen otra motivación, quizás más urgente, para arriesgarse en una startup que tiene una idea seductora pero algunos cabos sueltos preocupantes. Hay buenas razones para creer que el crecimiento exponencial en el poder de la computación visto en las últimas décadas está terminando, dice Bob Lucas, quien dirige la investigación sobre supercomputación y computación cuántica en la Universidad del Sur de California, donde está instalada la computadora D-Wave de Lockheed. Muchos de los avances habituales en la potencia informática provienen de las conexiones en los chips que se reducen año tras año, pero con el fabricante líder de chips Intel trabajando actualmente para fabricarlos con solo 14 nanómetros de diámetro, no se pueden conseguir cosas mucho más pequeñas. Vivimos en los últimos 10 años de crecimiento exponencial de la potencia informática [clásica], y las alternativas a eso serán más interesantes, dice Lucas. Añade que a través de sus experimentos con el sistema D-Wave de Lockheed, ha pasado de ser muy escéptico a cautelosamente optimista acerca de la tecnología.