Computación cuántica en cuatro pasos
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Computación cuántica en cuatro pasos

jueves 04 de abril de 2019, 22:00h

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Para los legos en esta materia, IBM cuenta con sus filas ccn una embajadora para explicar con claridad y facilidad qué es la computación cuántica y cuáles son las cuatro preguntas básicas a las que hay que dar respuesta para conocerla: La primera, por qué necesitamos computadores cuánticos, la segunda cómo funcionan, la tercera cuáles se cree que van a ser las futuras aplicaciones y la cuarta, como una persona sin una preparación especializada puede empezar a utilizar un ordenador cuántico; en este caso, a través de la plataforma IBM Q Experience.

Por qué necesitamos computadores cuánticos

Existe un área de la ciencia que se llama a Teoría de la Complejidad la cual clasifica los problemas en términos de complicación; es decir en base a cuánto tiempo se tarda en resolverlos. La cantidad de operaciones que pueden resolver los ordenadores clásicos son mínimas dentro del universo de los problemas que existen por resolver tanto en la ciencia como en la innovación industrial.

Hasta ahora se mantenía una cantidad ingente de cuestiones 'irresolubles'; ya que no existían ordenadores que fueran capaces de darles solución en magnitudes de tiempo menores a 'años'.

En tanto en cuanto esto es así, hasta ahora se mantenía una cantidad ingente de cuestiones 'irresolubles'; ya que no existían ordenadores que fueran capaces de darles solución en magnitudes de tiempo menores a 'años'. Dentro de éstos se han identificado ya tres áreas en los que va a brillar por sí misma la computación cuántica: la inteligencia artificial, la optimización y la química.

Un buen ejemplo es la simulación de moléculas, porque simular algunas moléculas está en los límites de la computación clásica; tanto es así que incluso los superordenadores más potentes del mundo no son capaces de simular muchas de ellas. Y no hace falta referirse a moléculas muy complejas; basta intentarlo con algunas tan conocidas como la cafeína para comprender que requiere muchísimos bits clásicos para simularla.

Cómo funcionan

En computación clásica se ha utilizado tradicionalmente el bit. El bit, cómo todo el mundo sabe sólo puede tener dos estados: 0 y 1; más allá, la unidad que se utiliza actualmente son los 'cúbit' los cuáles pueden tener valor 0 valor 1 o valor 0 y 1 a la vez, que es lo que en la ciencia informática se conoce como superposición.

Así, los ordenadores cuánticos aprovechan dos propiedades de la mecánica cuántica: una la superposición -a la que hacíamos referencia anteriormente- y la otra el entrelazamiento. Cuando hablamos de entrelazamiento nos referimos a que cuando dos cúbit han estado entrelazados, aunque los separemos físicamente siguen estando intrínsecamente relacionados; de forma que sí aplicamos una acción a uno, por muy distantes que estén, el otro la recibe y reacciona simultáneamente. Así, gracias a la superposición se puede almacenar muchísima más información y gracias al entrelazamiento podemos procesarla mucho más rápido.

Físicamente, los ordenadores cuánticos tienen que permanecer muy fríos, tanto como 15 Milikelvin o, lo que es lo mismo, -273,135 ºC y según vamos hacia el núcleo, esa temperatura desciende. El punto en el que está el procesador, completamente aislado de la radiación electromagnética, está más frio que el espacio exterior (en términos de universo); por tanto, se dice que el núcleo de un computador cuántico es el punto más frío del universo conocido. La respuesta a por qué tiene que estar tan frío y tan aislado es porque cualquier cosa puede interferir el su estado y alterarlo.

Según los especialistas, "para avanzar en términos de hardware hay que: crecer en número de cubits soportados, procurar que los errores sean bajos y qué el tiempo de coherencia -aquel del que disponemos para ejecutar el algoritmo gestionado- sea lo suficientemente largo para conseguirlo. Así, con estas tres características medimos el volumen cuántico y la potencia del ordenador.

Proceso de iniciación

Si tecleamos en Google IBM Q Experience el primer enlace que aparece en el buscador nos lleva a la página que IBM ha dispuesto al efecto. En ella encontramos diferentes tutoriales que nos ayudarán en nuestra labor. Evidentemente, la web está dirigida a ingenieros y desarrolladores que conocen el lenguaje informático y la multinacional americana lo pone a su disposición en base a su política de trabajo colaborativo. "IBM ha invertido muchísimo dinero en investigación y en el desarrollo del ordenador, pero nos dimos cuenta de que hay muy pocos algoritmos escritos para ejecutar y se decidió abrirlo a la comunidad científica para que todo el mundo avance en el trabajo de crear nuevos algoritmos y desarrollar las primeras aplicaciones -afirman los portavoces de la compañía-".

Al entrar en Q experience se puede acceder, a través de la nube, a un ordenador cuántico activo; por ejemplo, el IBM Q5 Tenerife o el IBM Q5 Yorktown.

Por tanto, al entrar en Q experience se puede acceder, a través de la nube, a un ordenador cuántico activo; por ejemplo, el IBM Q5 Tenerife o el IBM Q5 Yorktown. Los grandes ordenadores cuánticos aún no han superado la capacidad de los superordenadores digitales, pero trabajan en esa dirección. En este momento, el mayor del que dispone IBM es el de 20 cubits (Yorktown) y pronto saldrá un prototipo de 50 cubits (Intel también dispone de alguno de los más potentes del planeta).

Existen dos formas de interactuar con estos ordenadores: a través de un 'composer' gráfico en el que cada línea representa un cúbit y se disponen las llamadas puertas a modo de pentagrama; basta con arrastrar para obtener el circuito cuántico.

Para facilitar el acceso, se han concebido diferentes niveles, de forma que el básico es apto para aquellos que conocen el lenguaje de programación Python. Así mismo, ya hay Apis para química, para inteligencia artificial y están trabajando en otras Apis de optimización.

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