FdA #12 - La Tecnología que Avanza en la Sombra de la IA
Hay una tecnología que fue bastante comentada hace unos años y que ahora parece que ya no se habla de ella, pero sigue su curso, imparable.
"La computación cuántica es... nada menos que una forma claramente nueva de aprovechar la naturaleza." - David Deutsch
La computación cuántica será nuestro siguiente gran paso.
David Deutsch es un físico teórico británico conocido por ser uno de los padres de la computación cuántica y por su trabajo en el multiverso, la interpretación de muchos mundos en la mecánica cuántica.
Con esta cita, Deutsch viene a decirnos que la mecánica cuántica va a mejorar las formas tradicionales de procesar la información, pero sobre todo, va a representar una transformación fundamental en la manera en que interactuamos y aprovechamos la naturaleza para hacer cálculos.
El avance imparable de la Computación Cuántica
Una humilde precuela
Todo empezó a finales del siglo XIX y principios del XX, cuando se descubre el electrón y Max Planck nos introduce la idea de los cuantos de energía, que serían la unidad mínima de energía cuantificable.
A principios del sigo XX un señor llamado Albert Einstein inició lo que hoy conocemos como la teoría cuántica de la luz, desarrollada a lo largo de varias décadas por múltiples físicos, que nos viene a decir, entre otras cosas, que la luz se compone de partículas cuantizadas llamadas fotones.
Poco después, Werner Heisenberg (sí, como el de Breaking Bad) parió el principio de incertidumbre, más o menos al mismo tiempo que Erwin Schrödinger (sí, el del gato medio vivo) nos describía las partículas como ondas de probabilidad e introdujo el principio de superposición cuántica.
Lo que nos querían transmitir estos dos señores es que hay una limitación fundamental en la precisión con la que se pueden conocer simultáneamente algunas propiedades de una partícula, como su posición y su momento (el momento es el producto de la masa por la velocidad).
Contra más precisa sea la medida de la posición, menos precisa será la medida de su momento, y viceversa. Esto refleja la naturaleza dual onda-partícula a nivel subatómico.
Además, una de las implicaciones que tiene esto, es que un sistema puede existir en múltiples estados o posiciones simultáneamente hasta que se mide o se hace una observación.
A toda esta fiesta decidió unirse un genio más: Wolfgang Pauli, al que se le ocurrió la fabulosa idea de introducir lo que hoy conocemos como el principio de exclusión de Pauli. Como si todo esto no fuera ya suficientemente complicado.
Este principio nos dice que ningún par de electrones en un átomo puede tener los mismos números cuánticos.
Estos números son valores que describen las propiedades cuánticas de un electrón, como su energía, su momento angular y espín. Dos electrones en un átomo no pueden tener los mismos valores.
Y no vamos a bajar más en el pozo para ver qué son estas propiedades, no nos hace falta, y además tengo a ChatGPT sacando humo.
En todo lo anterior -y en mucho más, me temo- se basa la computación cuántica.
El origen de la computación cuántica
En la década de los 70 se introdujo la noción de utilizar propiedades cuánticas para realizar cálculos computacionales.
No pasó mucho tiempo hasta que Richard Feynman corroborara que una computadora que operara de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica podría ser mucho más eficiente.
La primera descripción teórica de una máquina de Turing cuántica fue formulada por David Deutsch, estableciendo las bases de la computación cuántica.
A las puertas del siglo XXI ya se desarrollaban algoritmos que operaban con esta teoría. Dos de los más famosos en este campo son el algoritmo de Shor (para factorizar números enteros) y el algoritmo de búsqueda cuántica, desarrollados por Peter Shor y Lov Grover, respectivamente.
Parafraseando a Newton, los físicos de finales del siglo XX se apoyaron en hombros de gigantes. La computación cuántica experimenta un rápido avance desde entonces.
La actualidad
En los últimos 20 años han pasado muchas cosas. Empresas como IBM o Google, junto con las universidades más top del momento, han conseguido grandes avances. Esta última ha sido una época de experimentación después de la teoría.
Por ejemplo, en 2001 se consiguió implementar el primer conjunto de puertas lógicas cuánticas en un líquido nuclear de resonancia magnética.
En un líquido de este tipo, es posible manipular los estados cuánticos de los núcleos presentes en las moléculas de un material líquido mediante campos magnéticos.
En 2011 IBM anunció la creación de un procesador cuántico de 10 qubits. Mientras que los procesadores clásicos usan bits para representar la información, los cuánticos usan qubits.
Un qubit es la unidad básica de información y puede tener varios estados simultáneos gracias al principio de superposición. Puede ser 1, 0 o ambos al mismo tiempo. Cabe destacar que los qubits están vinculados por el principio de entrelazamiento cuántico.
Si dos partículas están entrelazadas, el estado cuántico de una partícula instantáneamente afecta el estado de la otra, sin importar cuán lejos estén entre sí. Este fenómeno ha sido confirmado experimentalmente en numerosos experimentos. Sabemos que sucede, pero no sabemos por qué.
Un procesador de este tipo, como los de IBM, aprovecha las propiedades cuánticas de los qubits para manipularlos a través de puertas cuánticas, pudiendo así realizar en segundos operaciones computacionales que un procesador clásico tardaría años en terminar.
Uno de los desafíos a combatir es la decoherencia cuántica, es decir, la pérdida de información debido a las interacciones con el entorno macroscópico.
Aunque todavía está en una etapa experimental, la computación cuántica tiene el potencial de cambiar radicalmente el mundo tal y como lo conocemos hoy.
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