Martes, 19 Noviembre 2019 17:27

Google, computación cuántica y mundo real. ¿Qué es eso de supremacía cuántica?

Escrito por Carlos Eduardo Maldonado
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Google, computación cuántica y mundo real. ¿Qué es eso de supremacía cuántica?

En el mes de septiembre de 2019 Google –identificada por el Departamento de Estado como una empresa de “interés nacional”–, anunció que alcanzó lo que denomina la “supremacía cuántica”. Una confluencia de factores científicos, tecnológicos, informacionales, económicos y políticos se derivan de esa supremacía. Vale la pena considerar en detalle su significado y sus alcances.

 

La noticia llegó el 22 de septiembre, cuando Google proclamó la ‘supremacía cuántica’, al construir “[…] el primer ordenador cuántico capaz de realizar cálculos que superan las posibilidades de las supercomputadoras más potentes existentes en la actualidad” (1), un anunció que según John Martinis, responsable del equipo científico que desde cinco años atrás está tras el “[…] diseño del hardware del primer ordenador cuántico de la firma en el Google Quantum A.l. Lab” darían a través de la revista Nature pero que por “descuido” de uno de sus coautores quedó expuesto en un sitio web. De acuerdo a las proyecciones de Google el artículo verá la luz a final de año (2).


La computación cuántica comprende dos planos: el desarrollo de un computador cuántico, y al mismo tiempo, el desarrollo de computación cuántica; el aparato y la lógica del fenómeno. Se trata de un programa de investigación en el que una parte de la mejor ciencia e investigación está comprometida, y en el que hay al mismo tiempo numerosos intereses, corporativos y nacionales. Las dos potencias más adelantadas en el tema son, verosímilmente, E.U. y China. Pero el combate existe entre financiación pública y privada para alcanzar, los primeros, la computación cuántica. Es, si cabe la analogía, la disputa que tienen los E.U. y la China –“guerra comercial”–, a propósito de la compañía Huawei: lo que se encuentra en juego es la tecnología 5G, y el esfuerzo de los E.U por detener o alcanzar a la China en ese campo.


Es una investigación y desarrollo en el conocimiento con antecedente y base en la segunda y tercera revoluciones científicas, las mismas que se imbrican fuertemente: la segunda revolución científica –que es la teoría cuántica–, y la tercera revolución científica –que es la teoría de la información–. Ambas confluyen en varios aspectos. Uno es la computación cuántica, otros son la inteligencia artificial, la vida artificial, la robótica, las tecnologías 5G e incluso 6G, por ejemplo.


En el desarrollo de su investigación y proyección de su producto, el computador desarrollado por Google recibió el nombre de Sycamore (sicómoro, en español, en referencia a un árbol de origen egipcio, de madera incorruptible y asimilado por tanto a la muerte y la eternidad). Sycamore se compone de tan sólo 54 qubits, de los cuales uno no funcionó. Para que un computador cuántico funcione verdaderamente deberá tener miles de qubits. En general, se considera que 49 qubits es el umbral mínimo para poder hablar efectivamente de computación cuántica. Es de observar que los computadores cuánticos actuales tienen menos de 100 qubits. El de Google apenas sí llega a algo más de 50. Hay un largo trecho por delante, pues la verdad es que la mayoría de los computadores cuánticos actuales –en establecimientos militares, en universidades o en corporaciones de ciencia y tecnología, por ejemplo-, promedian los 12 qubits.


Vale la pena mirar la Tabla adjunta para entender el proceso:

Tabla Nº 1: Unidades de Medidas de Información

MedidaEquivalenciaComputación Cuántica
BitBitqubit [1 y 0]
Bytes8 bits 
 Kilobyte 1024 bytes  
 Megabyte 1024 kilobytes  
 Gigabyte1024 megabytes 
 Terabyte  1024 gigabytes  
 Exabyte  1024 terabytes  
 Zettabyte 1024 exabytes 
 Yottabyte  1024 zettabytes 

Fuente: Elaboración propia

Pues bien, la unidad de qubits es correspondiente a la de bits, con la particularidad de que se trata de estados de superposición. Teóricamente, pensar en los equivalentes de los niveles siguientes en términos de computación cuántica es tecnológica y científicamente deslumbrante.
El computador de Google se ocupó de lo que técnicamente se llama un problema de selección aleatoria de circuitos. Se trata de un problema sobre el cual luego de una serie de cálculos se obtiene un resultado, el que en un computador normal tardaría 10.000 años, y que tomó tan sólo tres minutos y veinte segundos. Los circuitos cuánticos se construyen con base en materiales superconductivos que se mantienen a temperaturas muy bajas.


Se espera que el computador cuántico, prima facie, pueda resolver problemas de química (3), de inteligencia artificial, aprendizaje de máquinas y de ciencias de materiales, que son sumamente intrincados de resolver con un computador clásico. Pero el tema más sensible está relacionado, sin duda, con la criptografía. En algunos terrenos teóricos avanzados se trabaja ya en encriptación post-cuántica.


El artículo que da cuenta del logro de Google fue publicado inicialmente con fecha de agosto en la página de la Nasa (gracias a que el proyecto cuenta con la participación de sus investigadores), pero fue muy pronto retirado. Evidentemente, por motivos de seguridad; esto es para evitar fugas de información que pudieran favorecer a otros rivales en la competencia: empresas, gobiernos, ejércitos…. Sin embargo, el paper ya se encuentra disponible gratuitamente en internet.


Qubits y superposición


Los computadores clásicos trabajan con datos consistentes en 1 o 0. Es lo que se conoce como el lenguaje binario, que es el más universal de todos los lenguajes. La acumulación de información en 1 y 0 ha alcanzado proporciones magníficas en tiempo de memoria y de velocidad de procesamiento. Un buen computador comercial no baja de un terabyte de capacidad de memoria, y a partir de seis núcleos de procesamiento de velocidad, y tres threads (hilos), que, dicho brevemente, es la memoria caché del computador.


Pues bien, los bits cuánticos –qubits-, trabajan en estados de superposición: 1 y 0, en lugar de 1 ó 0. Es exactamente igual al famoso experimento del gato de Schrödinger, que está vivo y está muerto al mismo tiempo. Los estados cuánticos son estados de superposición, y ello permite velocidades colosales y acumulación de información inmensamente más grandes. Es, sin la menor duda, el futuro de los sistemas informacionales en toda la línea de la palabra. Tanto más cuanto que, crecientemente, asistimos a la conformación de enormes bases de datos, crecientes en todos los órdenes, que gradualmente irán saturando la capacidad de procesamiento de los computadores clásicos. Saturado significa aquí que se llenarán de datos y bases de datos que tomará mucho tiempo en procesar; literalmente, miles de años.


El procedimiento que llevó a cabo el equipo Google-Nasa consistió en tres pasos, así:

Primero, con la ayuda de un computador clásico se genera una serie de instrucciones cuánticas, llamadas puertas cuánticas, que es el equivalente de puertas lógicas que trabajan con 1 o 0 en los computadores clásicos. (Se habla de puerta lógica o compuerta lógica, y también de puerta cuántica o compuerta cuántica. Las puertas lógicas son: no, y, no-excluyente, y otras; en total, seis. Las puertas cuánticas también son seis, pero se trata de cuestiones bastante más técnicas).
Esa serie de instrucciones se denominan circuitos cuánticos.


Seguidamente, se envían esas series al computador cuántico para que lleve a cabo estados sólo de cero puro, generando así la distribución de probabilidad de los estados resultantes.
Finalmente, se le pide al computador cuántico que entregue las muestras de las distribuciones de probabilidad.


Ahora bien, el chequeo o comprobación de que el computador cuántico efectivamente llevó a cabo la tarea se obtiene mediante una simulación en un computador clásico para verificar que las muestras corresponden a los valores esperados.


Criptografía


La criptografía es un campo de investigación al mismo tiempo matemático, informacional y computacional centrado en el desarrollo de técnicas de seguridad en los procesos de comunicación. Con una larga historia que se reduce al antigua Egipto, Grecia y Roma, la criptografía es altamente importante en las transacciones financieras, de información política, diplomática y militar, que busca que un determinado mensaje llegue a una fuente sin que sea interceptado; o que si lo es, no pueda ser descifrado.


En la actualidad, la batalla sobre la codificación o decodificación de los menajes la llevan ganada los codificadores. Es eso justamente lo que permite todas las transacciones bancarias en línea, por ejemplo. En un país como Colombia, en el año 2019 por primera vez las transacciones en línea superaron a las operaciones físicas o personales (en oficina). En el mundo, naturalmente, las cifras son aún más elevadas. Para los años 2016-2017 se hicieron operaciones bancarias en línea por un valor de 539 billones de dólares.


Con la sociedad de la información, la sociedad del conocimiento y la sociedad de redes los temas, debates y problemas en torno a la criptografía han aumentado de manera dramática. No en última instancia el tema que emerge aquí tiene que ver con la importancia de la web profunda.


Pues bien, existen numerosos intereses y temores, al mismo tiempo, en el desarrollo de la computación cuántica. Con ella, verosímilmente, en todo el espectro de la palabra los decodificadores podrán llevar entonces la delantera sobre los encriptadores. Un tema que hace temblar a los Estados, los ejércitos, los sistemas de seguridad, los bancos y el comercio.


Lo que se encuentra en el centro del debate es el tema del hackeo, sobre el cual hay que advertir que existe, uno con fines delictivos, y otro con fines eminentemente ético. Hoy por hoy, en las mesas directivas de importantes corporaciones y centros de toma de decisión, además del abogado, el contador, y el experto en relaciones, por ejemplo, tiene su asiento un hacker: o bien para defenderse de posibles intromisiones externas, o bien para llevarlas a cabo, según el caso y los intereses.


Con nombre propio, de un lado están los ejércitos, Estados y corporaciones, y de otra parte gente que trabaja en organizaciones y movimientos como Wikileaks, Anonymous, y otros. La historia de gente como Julian Assange, Edward Snowden, Chelsea Manning, y tantos más.


La criptografía actual se basa en el sistema conocido como RSA (por sus creadores: River, Shamir y Adleman) y consiste en un algoritmo de factorización de números enteros, específicamente de dos números primos elegidos al azar. La computación cuántica podría romper ese algoritmo en cuestión de segundos. Es por esto que se trabaja desde ya en criptografía post-cuántica.


En efecto, desde el año 1994, primero, y posteriormente 2006, se trabaja en criptografía post-cuántica, que consiste en el desarrollo de algoritmos criptográficos que resistan ataques del lado de la computación cuántica.


En efecto, originalmente gracias a una publicación de P. Schor en 1994 se trabajó en ayudar a los computadores cuánticos a encontrar los factores primos de los números enteros de manera muy rápida. Este es conocido como el algoritmo de Schor. En el año 2018 un informe publicado por las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniaría y Medicina de los Estados Unidos predijo que un algoritmo de Schor podría romper (= decodificar) una clave de 1024 bits en menos de un día. En los últimos años se hecho otras predicciones en el mismo sentido. Lo cierto, en cualquier caso, es que la evolución de la computación cuántica es perfectamente impredecible. Esto significa que sus avances pueden ser verdaderamente vertiginosos, o bien, estancarse de forma incomprensible.


Evaluaciones y dudas


La expresión “supremacía cuántica” se refiere al momento en el que computadores pueden resolver problemas que son prácticamente imposibles de resolver con la ayuda de un computador clásico puesto que tomaría demasiado tiempo. Desde luego, la expresión tiene una clara connotación política, económica y militar: “supremacía”, esto es, poder, control y dominio.


Si bien el logro de Google es un paso importante, los especialistas en la materia estiman que aún pasaran años hasta que el computador cántico sea una realidad.


Evidentemente, de acuerdo con la historia de la ciencia y la tecnología, los primeros computadores cuánticos serán un lujo de los más importantes centros de investigación, corporativos y militares. Sólo después la sociedad podrá acceder a los mismos; y como siempre, muy costosos al comienzo, y gradualmente más económicos. Para la sociedad, el trabajo con estos computadores representará un cambio en la educación sobre tecnologías y computación, y en las dinámicas mismas de la vida cotidiana en torno a estos nuevos aparatos y lógica.
Uno de los principales competidores de Google en el desarrollo del computador cuántico es Rigetti Computing e IBM. Precisamente voceros de esta última desestimaron el anuncio de Google ya que, según esta empresa, aún falta mucho para contar con la máquina soñada y ahora se está en la fase de superación de errores.


Uno de los criterios computacionales para hablar de inteligencia –natural o artificial– radica en el tiempo necesario para resolver un problema; de tal suerte que cuanto menos tiempo tome resolver uno, puede decirse que el sistema es más inteligente. Así, la inteligencia es directamente proporcional a la velocidad de cómputo. En términos de tecnología, así, el hardware y el software se implican recíproca y necesariamente. En los sistemas vivos, la separación entre hardware y software es inexistente; son una sola y misma cosa.
Lo que si demuestra claramente el computador de Google es que sí es posible programar un procesador de superconductividad. La superconductividad consiste en la capacidad de ciertos materiales para conducir la electricidad sin pérdida de energía o resistencia; esto se logra a temperaturas muy bajas, por ejemplo de -23o C.


Como quiera que sea, desarrollar un computador cuántico para todos los propósitos, tal y como lo es el computador clásico actual: el de su oficina, su universidad, casa o colegio, es la meta de las multinacionales.


El futuro inmediato parece ser no el del computador cuántico propiamente dicho, sino uno de nivel intermedio, susceptible aún de errores y pequeño, al que se lo llama, la máquina “ruidosa, cuántica de escala intermedia”. Los científicos e ingenieros que trabajan en ella están forzados a desarrollarla con prontitud; de lo contrario, la financiación bajará drásticamente produciendo lo que se conoce como un eventual “invierno cuántico”; esto es, un estado de hibernación en el que nada pasará porque la financiación y los intereses se moverán en otras direcciones.

 

1. Google proclama la ‘supremacía cuántica’ con el ordenador más potente (pero el informe desaparece), https://www.desdeabajo.info/ciencia-y-tecnologia/item/37721-google-proclama-la-supremacia-cuantica-con-el-ordenador-mas-potente-pero-el-informe-desaparece.html
2. “Cuando se publique el estudio, es importante que la gente se enfoque en los resultados científicos. Lo hemos escrito muy cuidadosamente. Hay un total de 60 páginas de material complementario que entra muy en detalle de lo que hemos desarrollado”. En, “Estamos muy emocionados por haber construido un ordenador cuántico que funcionaba bien”,
https://www.desdeabajo.info/ciencia-y-tecnologia/item/37911-estamos-muy-emocionados-por-haber-construido-un-ordenador-cuantico-que-funciona-bien.html
3. Uno de los campos de aplicación de la computación cuántica estará “[…] en la química cuántiaca que describe cómo calcular cuál será la energía de unión y las propiedades de una molécula. […]. Sintetizar el amoníaco, que es una sustancia química muy importante para producir fertilizanates, pero su producción consume una buena fracción del total de los combustibles fósiles de la Tierra (es uno de los primeros retos). La idea sería construir catalizadores y otras vías químicas que nos permitan ser mucho más eficientes”, Idem.

Referencias
https://www.nature.com/articles/d41586-019-02936-3
https://www.quantamagazine.org/john-preskill-explains-quantum-supremacy-20191002/
Maldonado, C. E., (2019). Sociedad de la información, políticas de información y resistencias. Complejidad, internet, la red Eschelon y la ciencia de la información. Bogotá: Desde Abajo

 

Información adicional

  • Autor:Carlos Eduardo Maldonado
  • Edición:Nº194
  • Fecha:Noviembre 20 de 2019
Visto 137 vecesModificado por última vez en Martes, 19 Noviembre 2019 17:28

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