{"id":331618,"date":"2020-02-13T16:16:31","date_gmt":"2020-02-13T19:16:31","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=331618"},"modified":"2020-03-17T18:15:05","modified_gmt":"2020-03-17T21:15:05","slug":"la-era-de-los-cubits","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-era-de-los-cubits\/","title":{"rendered":"La era de los C\u00daBITS"},"content":{"rendered":"

Las computadoras cu\u00e1nticas \u2013que utilizan las propiedades de las part\u00edculas subat\u00f3micas en sus sistemas de procesamiento\u2013 finalmente est\u00e1n emergiendo de los laboratorios de investigaci\u00f3n hacia el mundo comercial. Recientemente, la compa\u00f1\u00eda estadounidense IBM realiz\u00f3 una jugada importante en tal sentido, con el lanzamiento del IBM Q System One. La primera computadora cu\u00e1ntica universal a disposici\u00f3n del p\u00fablico est\u00e1 preparada para realizar diversos tipos de operaciones. Ese es un dato importante. La firma canadiense D-Wave Systems present\u00f3 su computadora cu\u00e1ntica pionera hace algo m\u00e1s de una d\u00e9cada. Pero ese dispositivo solamente realiza tareas espec\u00edficas, tales como resolver problemas de optimizaci\u00f3n, consistentes en la elecci\u00f3n de la mejor soluci\u00f3n entre innumerables variables.<\/p>\n

Hacia el final del mes de septiembre, el peri\u00f3dico brit\u00e1nico Financial Times<\/em> anunci\u00f3 que Google podr\u00eda haber logrado la \u201csupremac\u00eda cu\u00e1ntica\u201d, que es el punto en el cual una computadora cu\u00e1ntica habr\u00eda efectuado una operaci\u00f3n que una m\u00e1quina tradicional ser\u00eda incapaz de realizar. En este caso, el chip Sycamore, proyectado por Google, habr\u00eda ejecutado en poco m\u00e1s de tres minutos un c\u00e1lculo que a la supercomputadora m\u00e1s poderosa de la actualidad, la IBM Summit, le llevar\u00eda 10 mil a\u00f1os realizarlo. Los cient\u00edficos de Google publicar\u00e1n a la brevedad un art\u00edculo en una revista cient\u00edfica describiendo ese experimento.<\/p>\n

El historial en laboratorio de las computadoras cu\u00e1nticas es antiguo y a\u00fan se est\u00e1 lejos de alcanzar un nivel satisfactorio, incluso con los avances recientes de IBM y de D-Wave. En la d\u00e9cada de 1980, los f\u00edsicos estadounidenses Paul Benioff y Richard Feynman, ganador del Premio Nobel de 1965, y el israel\u00ed David Deutsch, demostraron que la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica podr\u00eda dar origen a un nuevo tipo de computaci\u00f3n. A escala nanom\u00e9trica, las part\u00edculas presentan propiedades particulares tales como superposici\u00f3n \u2013la combinaci\u00f3n superpuesta de estados diferentes\u2013 y entrelazamiento, que ocurre cuando dos o m\u00e1s part\u00edculas interact\u00faan y exhiben\u00a0 un comportamiento distinto al que se espera en el modo cl\u00e1sico (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 193<\/em>).<\/p>\n

Mientras que en la computaci\u00f3n cl\u00e1sica los bits (o d\u00edgitos binarios) pueden asumir solamente un valor, 0 \u00f3 1 \u2013donde el 0 representa una se\u00f1al sin corriente el\u00e9ctrica y el 1, una con corriente\u2013, la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica trabaja con 0, con 1 y con combinaciones de 0 y 1 simult\u00e1neamente. Esos son los bits cu\u00e1nticos, tambi\u00e9n denominados c\u00fabits.<\/p>\n

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IBM<\/span><\/a> Montaje del IBM Q System One, que ocupa una superficie de 9 metros cuadradosIBM<\/span><\/p><\/div>\n

Estas caracter\u00edsticas le permiten a la computadora cu\u00e1ntica efectuar c\u00e1lculos simult\u00e1neos en un orden de magnitud muy superior al de las supercomputadoras actuales. Tal como lo explica el f\u00edsico te\u00f3rico Frederico Borges de Brito, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos en la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP), la propuesta de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica no radica en sustituir a la cl\u00e1sica, sino en ofrecer un nuevo camino para la soluci\u00f3n de problemas, tales como simulaciones complejas y casos probabil\u00edsticos, ante los cuales las computadoras actuales se encuentran en dificultades para brindar respuestas. Borges de Brito trabaj\u00f3 en el proyecto de los equipos de IBM durante una pasant\u00eda posdoctoral que realiz\u00f3 entre 2006 y 2008, y en D-Wave, como investigador, entre 2008 y 2009.<\/p>\n

\u201cLa factorizaci\u00f3n de un gran n\u00famero primo constituye una tarea que puede llevar a\u00f1os en una computadora tradicional. En un ordenador cu\u00e1ntico, en teor\u00eda podr\u00eda demorar segundos\u201d, ejemplifica Borges de Brito. Con una computadora cu\u00e1ntica, la violaci\u00f3n de c\u00f3digos encriptados, que se emplean como medida de seguridad en las operaciones bancarias, puede dejar de ser un reto. Otra operaci\u00f3n en la que estas nuevas m\u00e1quinas son m\u00e1s eficientes es la simulaci\u00f3n del comportamiento de las mol\u00e9culas. De este modo, se esperan avances en el ovillado de prote\u00ednas (un proceso qu\u00edmico en el cual estas asumen su configuraci\u00f3n funcional), generando nuevas posibilidades para el desarrollo de productos farmac\u00e9uticos. La nanotecnolog\u00eda y el estudio de nuevos materiales tambi\u00e9n se ver\u00e1n beneficiados, como as\u00ed tambi\u00e9n el sector financiero. La computaci\u00f3n cu\u00e1ntica puede utilizarse para el an\u00e1lisis de carteras de inversi\u00f3n y el comportamiento de las acciones de empresas en las bolsas de valores a lo largo del tiempo.<\/p>\n

La construcci\u00f3n de una computadora cu\u00e1ntica, sin embargo, es una tarea compleja. Las m\u00e1quinas actuales tienen el tama\u00f1o de una sala de 10 metros cuadrados (m2<\/sup>) y sus c\u00fabits son altamente inestables y susceptibles a perder sus caracter\u00edsticas cuando son expuestos a la naturaleza. Cualquier interferencia, tal como una vibraci\u00f3n o el ruido de otras fuentes de energ\u00eda, pueden causar errores de c\u00e1lculos. Por eso se necesita aislarlas. Para mantener sus propiedades, los c\u00fabits operan a una temperatura de -273,15 grados Celsius, muy cerca del cero absoluto. Cuantos m\u00e1s c\u00fabits hay, m\u00e1s sofisticada es la ingenier\u00eda requerida. IBM y D-Wave crearon soluciones diferentes para afrontar este problema (vea la infograf\u00eda en la p\u00e1gina de al lado<\/em>).<\/p>\n

El IBM Q System One es una m\u00e1quina con 20 c\u00fabits que combina sistemas cu\u00e1nticos y cl\u00e1sicos de computaci\u00f3n. Este aparato, presentado al p\u00fablico en el mes de enero, est\u00e1 disponible en la nube para su uso comercial y cient\u00edfico. Seg\u00fan Ulisses Mello, director del Laboratorio de Investigaciones de IBM Brasil, el objetivo de la empresa con ese dispositivo consiste en demostrar que, aunque su capacidad de procesamiento todav\u00eda es limitada, la computadora cu\u00e1ntica es viable y est\u00e1 disponible para el p\u00fablico. No se trata solamente de un experimento de laboratorio.<\/p>\n

La compa\u00f1\u00eda trabaja en su centro de investigaci\u00f3n en Nueva York en versiones de 50 y 70 c\u00fabits. A\u00fan es poco, reconoce Mello, pero forma parte de una trayectoria en la cual se pretende llegar al millar. \u201cPuede que no falte mucho para poder llegar a 150 \u00f3 200 c\u00fabits, y en tal caso las aplicaciones ya podr\u00edan ser significativas para varias \u00e1reas\u201d, pondera el ejecutivo. \u201cLa simulaci\u00f3n molecular de la cafe\u00edna requiere algo as\u00ed como 1.048 bits, una pauta imposible hoy en d\u00eda. Con 160 c\u00fabits eso ser\u00e1 posible\u201d, dice.<\/p>\n<\/div>

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IBM pone a disposici\u00f3n del p\u00fablico en forma gratuita una plataforma en la nube denominada IBM Q Experience, que ya cuenta con m\u00e1s de 100 mil usuarios. La empresa tambi\u00e9n cuenta con m\u00e1s de 60 colaboradores empresariales que experimentan la tecnolog\u00eda por medio del IBM Q Network. La fabricante de autom\u00f3viles Daimler, la petrolera ExxonMobil y el banco JPMorgan Chase & Co. figuran entre ellos. Por ahora, ninguna empresa brasile\u00f1a forma parte de la red.<\/p>\n

Aplicaciones en la mira<\/strong>
\nEl laboratorio brasile\u00f1o de IBM no particip\u00f3 en el desarrollo del hardware<\/em> del IBM Q System One. La meta de los cient\u00edficos que trabajan en el pa\u00eds consiste en el desarrollo de aplicaciones. En la fase actual la mira est\u00e1 puesta en identificar problemas que pueden ser solucionados por la computadora cu\u00e1ntica y en buscar colaboradores interesados en la contrataci\u00f3n de esos servicios. Los trabajos iniciales buscan oportunidades en el mercado financiero, en el \u00e1rea de log\u00edstica y en la industria qu\u00edmica. Una aplicaci\u00f3n en desarrollo es una investigaci\u00f3n de la propia IBM, que intenta determinar c\u00f3mo expandir la extracci\u00f3n de petr\u00f3leo en las reservas a partir del estudio del comportamiento de las mol\u00e9culas de petr\u00f3leo l\u00edquido en contacto con un material s\u00f3lido (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 258<\/em>).<\/p>\n

Cuando dio a conocer la primera versi\u00f3n de su computadora cu\u00e1ntica en 2007, la compa\u00f1\u00eda canadiense D-Wave sorprendi\u00f3 a los investigadores acad\u00e9micos al presentar una soluci\u00f3n inesperada de procesamiento, que adopta un protocolo adiab\u00e1tico \u2013en el cual el dispositivo trabaja en el menor nivel posible de energ\u00eda\u2013 y no de circuito, tal como lo hace el de IBM. La ventaja, seg\u00fan Frederico Brito, reside en que ese sistema puede ampliarse incorporando una cantidad mucho mayor de c\u00fabits. Por otro lado, la computadora solo realiza tareas espec\u00edficas. Se especializa en problemas de optimizaci\u00f3n, tales como, por ejemplo, la definici\u00f3n del recorrido log\u00edstico m\u00e1s eficiente para que un cami\u00f3n realice la entrega de helados en una ciudad congestionada, tal como es el caso de S\u00e3o Paulo, teniendo en cuenta todas las variables, tales como la cantidad de locales por visitarse, el tiempo invertido en la operaci\u00f3n y los costos involucrados.<\/p>\n

Susceptible de errores<\/strong>
\nOtra de las limitaciones de las m\u00e1quinas de D-Wave radica en que, por ahora, el sistema que utilizan a\u00fan es pasible de errores. El mismo resulta apropiado para la computaci\u00f3n probabil\u00edstica, en la cual la respuesta ofrecida es la m\u00e1s probable, y no determinista, tal como ocurre con las computadoras cl\u00e1sicas.<\/p>\n

Al contrario de IBM, cuya estrategia reside en la venta de tiempo de computaci\u00f3n en la nube, D-wave se decant\u00f3 por la comercializaci\u00f3n de sus equipos. El primero fue adquirido en 2011 por la fabricante estadounidense de sistemas de defensa Lockeed Martin. Con 128 c\u00fabits, esa m\u00e1quina ocupa una sala de 10 m2<\/sup> y cuenta con un sistema criog\u00e9nico capaz de refrigerar la unidad central de procesamiento. Entre los clientes de esa computadora figuran Google y la agencia espacial estadounidense (Nasa). En su versi\u00f3n actual \u2013el D-Wave 2000Q\u2013, la misma dispone de 2 mil c\u00fabits. La empresa no divulga el valor del equipo, pero un art\u00edculo en la revista Time<\/em>, en 2014, estim\u00f3 su precio en 10 millones de d\u00f3lares.<\/p>\n

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Cortes\u00eda D-Wave<\/span><\/a> Una cient\u00edfica trabajando en el desarrollo de la computadora cu\u00e1ntica de la empresa canadiense D-WaveCortes\u00eda D-Wave<\/span><\/p><\/div>\n

Las limitaciones de las m\u00e1quinas actuales llevan a que se las clasifique como Noisy Intermediate-Scale Quantum (Nisq), es decir, computadoras cu\u00e1nticas de escala intermedia y ruidosa. La denominaci\u00f3n ruidosa alude a que est\u00e1n sujetas a errores para los cuales a\u00fan no disponen de sistemas de correcci\u00f3n. \u201cUno de los temas de avanzada es el desarrollo de algoritmos capaces de operar con esas limitaciones y proyectar aquello que podr\u00e1 explorarse en un futuro cercano\u201d, resalta el f\u00edsico Leandro Aolita, del Instituto de F\u00edsica de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ).<\/p>\n

El investigador explica que las posibilidades de creaci\u00f3n de algoritmos cu\u00e1nticos provistos por las computadoras hoy en d\u00eda a\u00fan son limitadas. Para superar este problema, la mayor\u00eda de los proyectos incluyen operaciones h\u00edbridas, que utilizan computaci\u00f3n cl\u00e1sica y cu\u00e1ntica en forma conjunta. \u201cA partir de los algoritmos cl\u00e1sicos resulta casi imposible establecer patrones, pero los procesamientos h\u00edbridos pueden acelerar significativamente este proceso\u201d, dice Aolita.<\/p>\n

En Brasil, hay alrededor de 200 cient\u00edficos asociados al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda de la Informaci\u00f3n Cu\u00e1ntica (INCT-IQ). Ellos se agrupan por actividades en 12 laboratorios de tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas. En el pa\u00eds no existen proyectos de desarrollo de computadoras cu\u00e1nticas; lo que hay es una iniciativa del laboratorio de F\u00edsica en Circuitos Superconductores para Dispositivos Cu\u00e1nticos de la Universidad de Campinas (Unicamp), que contempla la creaci\u00f3n, en 2020, del primer dispositivo brasile\u00f1o dotado de c\u00fabits superconductores. \u201cEn primera instancia, no ser\u00e1n m\u00e1s de 3 c\u00fabits\u201d, informa el f\u00edsico Francisco Paulo Marques Rouxinol, coordinador de ese laboratorio.<\/p>\n

La unidad de la Unicamp fue creada para el estudio de reg\u00edmenes de comportamiento de la naturaleza que puedan utilizarse en un futuro para el desarrollo de tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas, tales como simuladores y memorias. \u201cPretendemos contribuir al estudio de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica en el l\u00edmite macrosc\u00f3pico y entender por qu\u00e9 existe una divisi\u00f3n entre el mundo cu\u00e1ntico y lo que observamos en forma directa, el mundo de la mec\u00e1nica cl\u00e1sica\u201d, explica Rouxinol.<\/p>\n

Seg\u00fan \u00e9l, la disponibilidad de computadoras cu\u00e1nticas con capacidad de procesamiento m\u00e1s elevada ser\u00e1 fundamental para que el equipo del laboratorio ponga a prueba las hip\u00f3tesis estudiadas. Tal como expresa Frederico Brito, del IFSC-USP, la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica a\u00fan est\u00e1 en su etapa inicial y las posibilidades que surgir\u00e1n a partir de su desarrollo son imprevisibles. \u201cLo \u00fanico que sabemos es que nos hallamos en el umbral de una posible revoluci\u00f3n\u201d, afirma.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nDesarrollo de dispositivos supercondutores cu\u00e1nticos para el estudio de estados cu\u00e1nticos de movimiento en sistemas electromec\u00e1nicos h\u00edbridos (n\u00ba 17\/08602-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Joven Investigador; Investigador responsable<\/strong> Francisco Paulo Marques Rouxinol (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 5.972.013,19<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Las computadoras de IBM y D-Wave inauguran la nueva etapa del procesamiento cu\u00e1ntico, pero el camino de la evoluci\u00f3n a\u00fan es largo","protected":false},"author":538,"featured_media":331619,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[288],"coauthors":[1346],"class_list":["post-331618","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-computacion"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331618","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/538"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=331618"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331618\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":332876,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/331618\/revisions\/332876"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/331619"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=331618"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=331618"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=331618"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=331618"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}