Supremacía cuántica: qué le sigue a la "pregunta del billón de dólares"

Todos los miércoles a la mañana, el Grupo de Información y Fundamentos de Cuántica de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA se reúne para conversar sobre novedades en su agenda de estudio e investigación. Los encuentros fueron en su momento iniciados por el físico Juan Pablo Paz y de ellos participan profesores de distintos departamentos y laboratorios del edificio ubicado en Ciudad Universitaria.

En las últimas dos reuniones, el temario preestablecido se dejó de lado. Los avances que se venían discutiendo y otras conversaciones informales (como apostar por quiénes ganarían el próximo Nobel de Física) pasaron a un segundo plano frente a la novedad excluyente de esta disciplina en las últimas semanas: la "bomba" de que, finalmente, se habría llegado a la denominada "supremacía cuántica": la instancia en la que un ordenador cuántico puede resolver un problema cuya solución va más allá de toda la capacidad de cálculo de la computación tradicional del mundo.

"Hasta donde lo pudimos analizar, la noticia es cierta y abre una nueva era de computadoras cuánticas ruidosas", explica a LA NACION Christian Schmiegelow, director del Laboratorio de Iones y Átomos Fríos de Exactas de la UBA e investigador del Conicet.

La novedad a la que hace alusión Schmiegelow tiene que ver con un estudio publicado por científicos de Google en un sitio web de la NASA, que fue subido por unas horas y luego retirado de manera abrupta y misteriosa. Sin embargo, el paper fue copiado y circula en la comunidad científica (sobre este material se dio la discusión en Exactas).

Desde entonces, la empresa del buscador más exitoso del mundo no hizo comentarios. Consultado para esta nota, un vocero de Google de Estados Unidos para la unidad cuántica ratificó: "No tenemos nada para compartir por el momento". Entre los físicos, el chiste es que el episodio configuró una miniparadoja cuántica en sí misma: una investigación que existe y no existe al mismo tiempo.

"Lo más probable es que se estén esperando instancias formales de revisión del paper para publicarlo en una revista académica importante, pero hasta donde pudimos ver no hay errores y efectivamente da toda la sensación de que se alcanzó efectivamente la supremacía cuántica", explica Schmiegelow.

Los autores del estudio afirmaron que consiguieron resolver, gracias a una computadora cuántica de 53 Q-bits, en sólo 200 segundos, un problema que a Summit, la computadora tradicional más poderosa del mundo, le hubiera llevado 10.000 años. "Hasta lo que sabemos, este experimento representa el primer caso de un problema que solo puede ser resuelto por una computadora cuántica, con lo cual técnicamente se alcanzó la supremacía", escribieron los autores del estudio que luego se desvaneció. La computadora experimental se llama Sycamore, y tiene menos Qubits que otra que Google ya había utilizado, de 72 Qubits, pero que era muy inestable.

En los últimos meses las distintas empresas que trabajan sobre esta vía estaban embarcadas en una carrera por descubrir "la pregunta del millón (o del billón, o trillón, dada la magnitud de la disrupción económica con la que se especula) de dólares", que pudiera dar inicio a la era de la supremacía. El dilema que respondió Sycamore fue demostrar el carácter azaroso de los números producidos por un generador de números al azar.

"La noticia nos produjo alegría y tristeza a la vez", cuenta Schmiegelow. Felicidad por el hito científico y desilusión porque se haya conseguido con un problema tan "inútil", que deja poco espacio para la generalización. De hecho, voceros de una empresa de la competencia, IBM, salieron rápido a remarcar que lo de la supremacía es relativo porque se trató de un ordenador armado para resolver un tipo muy específico de tarea, no generalizable. IBM abrió recientemente un centro en Nueva York con "una flota de diez sistemas cuánticos" ya disponibles para los negocios y una computadora de 53 Qubits con estabilidad mejorada.

Tanto Google como IBM compiten en la carrera con tecnología de superconductores. El enfoque de Microsoft va por el lado de otro fenómeno físico (de materia condensada), en tanto que otras empresas eligieron caminos de iones o de fotones. "Son distintas vías con trade offs entre la velocidad de conseguir más capacidad de cálculo y la estabilidad de los sistemas", remarca Schmiegelow, para quien "aún estamos a unos años de poder generalizar este tipo de tecnologías; los desafíos ingenieriles que restan son enormes".

A pesar de que ya se especulaba con la posibilidad de aplicar los principios de la física cuántica a la computación desde la década del 70 (hay un famoso discurso del Premio Nobel Richard Feynman al respecto), durante décadas esta hipótesis para muchos científicos se ubicó en el terreno de la ciencia ficción. Los "Qubits" que en las computadoras cuánticas reemplazan a los bits tradicionales -que pueden asumir muchos más valores que "0" y "1", e inclusive ser ambos a la vez, lo que les da una capacidad exponencialmente más poderosa para representar información- son muy inestables, lo que hace que también crezca exponencialmente la cantidad de errores. Ese es el desafío actual.

Velocidad exponencial

Dos meses atrás, el director del laboratorio de Google para Quantum Artificial Intelligence, Hartmut Neven, contó que el progreso de los últimos meses fue mucho más acelerado del esperado. Neven le aseguró a la revista Quanta Magazine que en lo que va de 2019 vinieron registrado un avance de capacidad de cálculo "doblemente exponencial" (una potencia de potencias), en un fenómeno que no tiene registros en otras dinámicas.

Para tener una perspectiva de lo que implican estas aceleraciones vale la pena remarcar que la ley de Moore -formulada el 19 de abril de 1965 por Gordon Moore-, que hasta ahora rigió la computación tradicional, fue la que permitió que en 50 años se pasara de máquinas en la que se insertaban tarjetas para calcular la trayectoria de la primera misión tripulada a la luna a ciudades de China donde hoy la infraestructura civil se opera en gran medida con inteligencia artificial.

A pesar de que los titulares sobre esta temática parecen de ciencia ficción (la semana pasada, un reporte del MIT indicó que se observó por primera vez un fenómeno cuántico que incluía "reversión del tiempo") o de películas catástrofe (el fin de las criptomonedas, por ejemplo, que con esta nueva tecnología serán más fácilmente hackeables), lo cierto es que ya hay sectores de la economía que están apostando fuerte a la disrupción que se viene.

La química de materiales, los laboratorios, las finanzas y la seguridad informática son los que picaron en punta con proyectos para situarse en la pole position de largada. También se espera una revolución que no tiene límites cuando se integre esta tecnología con el "aprendizaje automático" de la inteligencia artificial.

Por ahora, dice Schmiegelow, habrá que esperar unos años para que la denominada "supremacía" se generalice (los optimistas hablan de entre tres y cinco años; los más cautos, de diez o más). Mientras conversa con LA NACION de estas tecnologías que parecen de un mundo extraterrestre, la comunicación se corta cuatro veces, porque un edificio nuevo de Exactas obstaculiza las ondas que llegan a su celular. Paradojas de avenidas de avance científico con distintas velocidades.

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