El talón de Aquiles de la computación cuántica

2019 ha sido el año de la “Supremacía cuántica“, un nombre no demasiado afortunado, que ha usado Google, y varios medios de comunicación, para establecer que una computadora con tecnología cuántica ha superado, por primera vez, a una computadora convencional en la resolución de un problema que antes requería de años para ser resuelto, siendo solucionado en un plazo de días. Algo que, dicho así, parece increíble.

En 2020 vamos a ver toda una profusión de mensajes de Google, y de otras compañías, para intentar vender una imagen de modernidad. Todas ellas ocultan algo muy importante: la computación cuántica es posible; pero se requieren medios absolutamente fuera del alcance de unas pocas empresas con tecnologías muy avanzadas.

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Computadora cuántica de Google; no vaya a su tienda favorita a pedirlo de momento.

En este ir y venir de mensajes mesiánicos sobre logros que cambiarán la historia de la humanidad, todos se echan flores sobre sí mismos, pero algunos son más cautos que otros. IBM, otra de las empresas que están comprometidas con la computación cuántica, ha dejado bien claro, con pruebas diversas y documentadas, que Google está realizando, en muchos aspectos, una exageración clara de su logro, con fines de marketing especialmente.

Algo que no es de extrañar vista la trayectoria de Google en estos años. Google pretende hacer ver a la opinión pública que dispone de computadoras perfectamente capaces ya de trabajar con sistemas cuánticos. Pero estamos todavía lejos de ver computadoras cuánticas como quien va a un centro comercial a comprarse el último portátil de la marca que sea. ¿Por qué?

Computación cuántica: un problema de temperatura.

El problema tiene que ver con la temperatura. Las computadoras cuánticas, para poder operar correctamente, requieren de partículas subatómicas entrelazadas. El entrelazamiento cuántico es un curioso fenómeno que no se da a escalas macroscópicas, y que llevaba de cabeza a Albert Einstein, el cual creó su famoso experimento EPR para intentar refutar ese fenómeno. No lo consiguió, y, al contrario, realmente todavía contribuyó más a afianzar este fenómeno del entrelazamiento cuántico.

¿Cuál es el problema de las partículas entrelazadas? En física se conoce como ruido por temperatura. Una partícula entrelazada a otra se mantendrá en ese estado mientras no interactúe con otras partículas. Para ello se requiere que la temperatura del sistema se rebaje a temperaturas no muy lejanas al cero absoluto, o cero Kelvin. Atención: no es el cero centígrado, sino el Kelvin, muy por debajo de cero grados centígrados.

La idea de estas empresas es ir creando tecnologías que permitan mantener los qubits, es decir, los bits cuánticos, a escalas de temperaturas cada vez mayores. Esto se consigue gracias a los sistemas superconductores. La superconductividad es una propiedad que se da en ciertos materiales a temperaturas bajas, que permite el paso de una corriente de electrones sin resistencia. Ello permite generar sistemas de frío realmente eficaces. Pero el precio a pagar se mide en costes. Un sistema así cuesta millones de dólares fabricarlo, pero es que mantenerlo operativo también cuesta millones de dólares. Por no hablar de la poca eficiencia energética.

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Computadora IBM Q System One, la competencia directa de Google en computación cuántica

Computadoras cuánticas y cambio climático.

Google se guarda mucho de decir las consecuencias que su sistema de computación cuántica “supremacista” tiene para el planeta. El coste energético de mantener un sistema así es equivalente al de miles de computadoras convencionales operando. La superconductividad, necesaria para el mantenimiento de los qubits cuánticos, conlleva un coste de consumo de energía totalmente prohibitivo, no solo para una empresa convencional, sino para el mantenimiento del planeta.

Es decir: las computadoras cuánticas son absolutamente prohibitivas, en su estado actual, frente a modelos de consumo compatibles con modelos de eficiencia energética. También podríamos decir que una computadora cuántica es una devoradora de energía, y ello conlleva un coste no solo económico, sino de impulso del cambio climático, algo que hoy día es de una evidencia incontestable. Es algo parecido a lo que ocurre con el Large Hadron Collider (LHC), el acelerador de partículas del CERN, que necesita el equivalente de la energía de una pequeña ciudad para funcionar y operar correctamente, debido a los superconductores para acelerar las partículas.

Pero el LHC nos ha proveído de datos fundamentales sobre física, con lo que el coste ha sido permisible. La computación cuántica debe todavía demostrar esa mayor eficiencia. Lo hará, claro; pero solo en ciertas tareas y para ciertas soluciones de ciertos problemas.

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El túnel del LHC donde se aceleran las partículas al 99,99% de la velocidad de la luz.

No se renuncia a nada.

¿Significa eso que hay que renunciar a las computadoras cuánticas? No, claro que no. Significa que hay que mejorar mucho ese modelo, con sistemas más avanzados que permitan trabajar a temperaturas mucho más cercanas a la temperatura ambiente. También significa que todas esas proclamas de grandes éxitos ocultan que estos sistemas son muy ineficientes en muchos aspectos, y que requieren desarrollos posteriores que se deberán llevar a cabo estos años venideros, con nuevos materiales capaces de permitir la superconductividad a mayores temperaturas, como el grafeno.

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El futuro es cuántico, pero no tanto.

La computación cuántica ha llegado para quedarse, eso es indudable. Pero las computadoras convencionales, las que tenemos en casa, tienen todavía un larguísimo historial por delante. Para muchas tareas usar computadoras cuánticas sería como usar un Ferrari para ir a trabajar. Muy bonito, pero muy ineficiente. Nuestro utilitario es mucho más ecológico, cómodo, y práctico para esa tarea.

Ya verá como en 2020 se multiplican los mensajes de grandes triunfos. Es en su mayor parte propaganda para las empresas, y, del mismo modo que todas se han ido apuntando a la inteligencia artificial, se apuntarán a la computación cuántica. Pero no se deje engañar; mientras no se mejoren los modelos básicos de gestión de esta tecnología, todo será propaganda en su mayor parte. Y ese es el problema: anunciar logros cada vez más y más grandes, llega un punto en el que el cuento es tan grande que más parece una película de ciencia ficción que la realidad diaria de la ciencia. Y para ciencia ficción ya tenemos a Star Wars. Ahí todo es posible.

En el mundo de la ciencia, el rigor, la seriedad, y la verdad deberán imponerse. O terminarán ellos mismos por creerse sus propias exageraciones.

Próximamente hablaré de los superconductores a altas temperaturas, dejando claro que siguen siendo temperaturas por debajo de cero grados centígrados, pero ya muy por encima del cero kelvin. Una tecnología que abrirá la puerta a nuevas soluciones en ingeniería que muchas veces parecerán pura ciencia ficción. ¿Estamos cerca de conseguirlo? Es posible.

De ello hablaré pronto, y veremos cómo aplicarlo a distintas soluciones, incluyendo los famosos reactores de fusión, el futuro de la generación de energía limpia.


 

Autor: Fenrir

Amateur writer, I like aviation, movies, beer, and a good talk about anything that concerns the human being.

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