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Para qué se usa la computación cuántica hoy
¿Cuántos qubits debe tener una supercomputadora cuántica? ¿Quiénes usan el poder de cómputo en la nube hoy? Zaira Nazario, teórica cuántica, directora de ciencia y tecnología de IBM Research, habla de hitos, desafíos y las oportunidades que brinda este sector
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PARA LA NACIONJulieta Schulkin
La carrera cuántica nos trae todas las semanas novedades sobre nuevos logros y récords de las llamadas supercomputadoras cuánticas. Pueden resolver problemas matemáticos que una computadora convencional (la más potente) no podría lograr. La diferencia está en cómo procesa la información (los bits) que en la computadora cuántica se mide en qubits, y que refiere al estado de los electrones de unos átomos dentro de la computadora. Mientras que una computadora convencional hace las cosas en serie (una detrás de la otra) una cuántica puede hacerlo en paralelo (todo al mismo tiempo) lo que facilita ciertos cálculos, que a una computadora convencional le tomarían milenios y a una computadora cuántica unos instantes.
Hoy diferentes compañías compiten por quién tiene más qubits (una forma de medir el poder, o la capacidad, de estas supercomputadoras cuánticas) y por quién anuncia sus nuevos logros más rápido. Es difícil seguirles el ritmo y entender la complejidad detrás de la computación cuántica, que para 2030 podrían ser lo suficientemente potentes como para romper los métodos de cifrado criptográfico tradicional que protegen información valiosa.
El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos estableció que en 5 años se deberán cambiar esos métodos de cifrado por otros que sean a prueba de computadoras cuánticas. En 2035 estarían completamente prohibidos. En este sentido, las empresas de tecnología y la comunidad científica trabajan en la creación de nuevos métodos de encriptación que puedan resistir a ataques cuánticos (con algoritmos post cuánticos).
El futuro de la computación es cuántico, señala uno de los lemas de IBM, que hace 40 años trabaja en la materia. La compañía se ha caracterizado por ser cauta durante estos años en relación con sus anuncios. En 2016, lanzó su primera computadora cuántica y en 2022 hubo un punto de inflexión cuando alcanzaron los 100 qubits con la computadora Eagle. Desde 2016, activaron más de 80 sistemas cuánticos y, actualmente, hay más de 13 disponibles en la nube, brindando poder de cómputo a 275 organizaciones con más de 650.000 s. Forman parte de la red IBM Quantum Network.
En 2023 la compañía comenzó a hablar de quantum utility, o utilidad cuántica (computadoras cuánticas que realizan cálculos precisos a una escala que va más allá del alcance de la simulación clásica) y esperan llegar al fault tolerance (un sistema tolerante a fallas que puede seguir funcionando) en 2029.
La puertorriqueña Zaira Nazario es teórica cuántica y directora de Ciencia y Tecnología en IBM Research, es una de las pocas mujeres que trabaja en este terreno y habló con LA NACION sobre esta tecnología, y sobre qué oportunidades abre el futuro cuántico.
¿En qué estadío estamos de la computación cuántica?
Nos estamos acercando a la parte de alcanzar la ventaja cuántica. Es esa etapa en donde, usando una computadora cuántica, puedes resolver un problema práctico, eso es importante, de forma más económica, más rápida, con más precisión, que usando solamente una computadora tradicional. Nos pusimos el reto de llegar ahí para el 2026, que está a la vuelta de la esquina. Lo que nos ayudará con eso es cómo estamos llevando la computación cuántica al HPC, High Performance Computer (computación de alto rendimiento). Y esto lo hicimos integrando los sistemas cuánticos en New York con la supercomputadora Fugaku en el Centro Riken de Japón. A mí me parece una maravilla, el ingenio humano capaz de combinar estas máquinas para llegar a descubrir cosas que realmente no se han podido descubrir o no se van a poder descubrir con computadoras convencionales.
¿Es la primera vez que se combina el poder de cómputo de estas supercomputadoras en Japón y en Estados Unidos?
Sí, es la primera vez que se hace. Y para resolver un problema de química, que tiene mucha importancia para la agricultura. Es un problema relacionado con el proceso químico usado para hacer fertilizante. Y es la primera vez que se unen dos equipos tan poderosos en términos de capacidad de computación. De verdad, son problemas que mueven negocios y mueven sociedades.
¿Cómo funciona la red de cómputo de computadoras cuánticas?
Hoy los s pueden usar ese poder de cómputo con procesadores que sobrepasan los 100 qubits. Y eso es importante, porque no vas a encontrar ninguna ventaja por debajo de los 100 qubits: en esa instancia los problemas se pueden resolver con computación clásica.
IBM tiene varios hitos, el primero tal vez sea la presentación de Condor en 2023, su primer procesador cuántico de 1121 cúbits… ¿Es su “récord Guinness”?
Fue muy importante porque nos enseñó mucho de cómo escalar y eso no necesariamente requiere muchos chips de 1000 qubits, o más grandes. Lo importante es hacerlos en módulos que sean compatibles con el código de corrección de errores que tienes. Los récords Guinness son cosas que hacés para probar que lo hiciste, pero no necesariamente son demasiado útiles. Condor fue muy útil, nos enseñó muchas cosas de fabricación y de operaciones.
Es fácil confundirse con la cantidad de qubits. ¿Hacia dónde debemos mirar?
El acercamiento de largo plazo es modular. Un hito grande para nosotros fue Heron, por ejemplo. Fue un procesador que nos permitió mejorar la calidad de las operaciones que hacemos enormemente en comparación con Eagle. Y es el procesador con el que vamos a construir estas máquinas tolerantes a fallas. El otro hito muy grande fue el descubrimiento de un código de corrección de errores que requiere 90% menos de recursos en términos de qubit.
Tienen diferentes sistemas cuánticos en funcionamiento en diferentes partes del mundo, ¿quiénes son sus clientes?
Estamos desarrollando aplicaciones cuánticas para poder acceder a nuestro sistema, para acceder a estos algoritmos y aplicaciones, a través de la nube. Está por ejemplo el Tecnológico de Monterrey (Tec ITESM) en México, Quantum South, una startup en Uruguay, o Itaú Unibanco en Brasil, entre otros
¿El poder de cómputo de quantum computing está en la velocidad?
Depende, a veces las ventajas vienen de distintos sabores. En algunos casos es más rápido. En otros casos tiene más precisión. En otros casos es llevarte a poder mirar cosas que de otra manera no podrías. Y te doy el ejemplo de la química. A veces lo pensamos como algo muy académico, pero la química está en todas partes (comida, materiales, fármacos y más). Es un campo muy importante. Y si miramos las cosas que afectan más nuestra vida ordinaria, realmente tenemos una teoría con la que podemos entender cómo esos sistemas se comportan. Y es una ecuación muy sencilla, es una ecuación hermosa, muy elegante. Y depende solo de una poca cantidad de variables. Parece inofensiva, pero la realidad es que no la podemos resolver para más de una docena de partículas. Según crece el número de partículas, la cantidad de cómputos y la memoria que necesitás para poder representar el estado cuántico entrelazado de tantas partículas, crece muchísimo. Crece tan y tan rápido que eventualmente necesitás más que todos los bits en el universo para poder resolver un problema así. Entonces, es un caso donde ni siquiera se trata de más rápido, se trata de poder hacerlo o no poder hacerlo nunca.
¿Cuáles son las oportunidades del futuro para profesionales que trae quantum computing?
En términos de profesiones, se necesitará gente que pueda desarrollar algoritmos que aprovechen las capacidades y el conocimiento de expertos en distintas áreas, por ejemplo en química, física, industria aeroespacial, finanzas, agricultura, fármacos. También se necesitarán desarrolladores a nivel de model developers, que entiendan cuáles son las necesidades de una industria y que puedan traducir esas necesidades a qué implica esto en términos de los problemas matemáticos que hay que resolver y de los algoritmos que ayudarán a llegar ahí.
Por Julieta Schulkin
