Científicos chinos logran salto cuántico en computación

Actualizado a las 04/05/2017 - 09:28

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Un equipo de científicos chinos construyó la primera máquina de computación cuántica del mundo capaz de superar a las computadoras clásicas, o convencionales, en lo que constituye un hito en esta área.

El logro fue anunciado hoy en una conferencia de prensa en el Instituto de Estudios Avanzados de Shanghai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.

Sobre una mesa de laboratorio de alrededor de tres metros cuadrados, la computadora cuántica "baby", conformada por cientos de componentes, no tiene nada en común con las computadoras utilizadas en la vida diaria.

"Aunque no puede vencer ni siquiera al teléfono móvil en sus manos, se trata de un gran salto para la computadora cuántica, que algún día podrá superar el desempeño de las computadoras convencionales", dijo Pan Jianwei, uno de los físicos cuánticos más respetados del país y miembro de la Academia de Ciencias de China.

SUPREMACÍA CUÁNTICA

El equipo de Pan espera construir una computadora cuántica tan poderosa como una laptop común para fines de este año, y tiene el objetivo de construir para el año 2020 una que superará a la supercomputadora más poderosa actualmente.

Para muchos expertos, la computación cuántica podría eclipsar en cierto modo el poder de procesamiento de las supercomputadoras de hoy en día.

Una analogía para explicar el concepto de computación cuántica es que ésta es como si se pudieran leer todos los libros de una biblioteca simultáneamente, mientras que la computación convencional es como tener que leerlos uno tras otro.

Pan señaló que la computación cuántica explota el principio fundamental de superposición cuántica para permitir capacidad de cálculo y simulación paralelas ultra rápidas.

En los microcircuitos de silicio de las computadoras normales, los datos se dan en uno o dos estados: 0 o 1. Sin embargo, en las computadoras cuánticas, los datos pueden existir en ambos estados al mismo tiempo, con lo que puede mantener de manera exponencial más información.

El poder de cómputo de una computadora cuántica crece de manera exponencial con la cantidad de bits cuánticos que se pueden manipular. Esto puede resolver de manera efectiva los problemas de computación a gran escala que están más allá de la capacidad de las computadoras clásicas actuales, dijo Pan.

Por ejemplo, una computadora cuántica con 50 bits cuánticos será más poderosa para solucionar los problemas de muestreo cuánticos que la supercomputadora más rápida de la actualidad, Sunway TaihuLight, instalada en el Centro Nacional de Supercomputación de China.

Debido al enorme potencial de la computación cuántica, Europa y Estados Unidos está colaborando de manera activa en su investigación. Compañías de alta tecnología, como Google, Microsoft e IBM, también están muy interesadas en la investigación de computo cuántico.

Los científicos chinos están explorando tres rutas técnicas: sistemas basados en fotones únicos, átomos ultra fríos y circuitos superconductores.

Recientemente, Pan Jianwei, junto con sus colegas Lu Chaoyang y Zhu Xiaobo, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, y Wang Haohua, de la Universidad de Zhejiang, establecieron dos récords internacionales en el control cuántico de los números máximos de bits cuánticos (qubits) fotónicos entrelazados y qubits superconductores entrelazados.

Pan explicó que la manipulación de enlaces de múltiples partículas es el núcleo de la tecnología de computación cuántica y ha sido el foco de la competencia internacional en la investigación de la computación cuántica.

En el sistema fotónico, su equipo fue el primero en lograr los primeros fotones 5, 6, 8 y 10 entrelazados del mundo y está a la vanguardia de los acontecimientos globales.

Pan dijo que, en principio, las computadoras cuánticas pueden resolver ciertos problemas con más rapidez que las computadoras clásicas.

A pesar de los avances sustanciales de las dos décadas pasadas, la construcción de máquinas cuánticas que verdaderamente puedan ofrecer un mejor rendimiento que los equipos clásicos en algunas tareas específicas -- un importante hito, denominado "supremacía cuántica" -- sigue siendo un reto difícil de superar.

En la búsqueda de la supremacía cuántica, el muestreo de bosones, un modelo de computación cuántica intermedia (no universal), concentra gran parte de la atención, porque requiere de menos recursos físicos que aquellos necesarios para construir computadoras cuánticos ópticos universales, señaló Pan.

El año pasado, Pan y Lu desarrollaron la mejor fuente fotónica individual del mundo basada en puntos cuánticos semiconductores. En la actualidad, los dos expertos están utilizando una fuente fotónica individual de alto rendimiento y un circuito fotónico electrónicamente programable para construir un prototipo multifotónico de computación cuántica que desempeñe la tarea del muestreo de bosones.

Los resultados de la prueba muestran que la proporción de muestreo de este prototipo es, por lo menos, 24.000 veces más rápida que la de máquinas similares construidas en otros países, según el equipo de Pan.

Al mismo tiempo, este prototipo es entre 10 y 100 veces más rápido que el primer computador electrónico, ENIAC, y el primer computador de transistores, TRADIC, en la ejecución del algoritmo clásico, según Pan.

La del equipo chino es la primera máquina de computación cuántica basada en fotones individuales que va más allá del computador clásico temprano, y finalmente hace expedito el camino hacia un computador cuántico capaz de derrotar a los clásicos. Este logro fue publicado en Internet en días pasados, en la última edición del sitio especializado Nature Photonics.

En el sistema de circuito cuántico de superconducción, un equipo de investigación de Google, NASA y la Universidad de California en Santa Barbara anunciaron una manipulación de alta precisión de 9 bits cuánticos de superconducción en 2015.

Ahora el equipo chino encabezado por Pan, Zhu Xiaobo y Wang Haohua han roto ese récord. Ellos desarrollaron de manera independiente un circuito cuántico de superconducción conteniendo 10 bits cuánticos de superconducción y exitosamente involucraron los 10 bits cuánticos a través de una operación cuántica global.

El crítico de Nature Photonics comentó que el trabajo experimental de los científicos chinos es de alta calidad y alto impacto. Physics World, una revista del Instituto británico de Física, indicó que los físicos chinos tomaron la delantera en la carrera para emparejar los crecientes números de superconducción de qubits.

POSIBILIDADES INFINITAS

Durante el desarrollo inicial de las computadoras convencionales de la década de los 40 a la de los 70, Europa y Estados Unidos tomaron la delantera. Pero en la nueva ola de cómputo cuántico, China ya los ha superado en algunos campos.

Un artículo titulado "Computadoras cuánticas listas para salir del laboratorio en 2017" fue publicado en la revista "Nature" a principios de este año. En él se dice que la computación cuántica ha sido vista durante mucho tiempo como una de esas tecnologías que estaba a 20 años de distancia, y siempre lo estaría. Pero 2017 podría ser el año en el que el campo se despida de su imagen centrada en la investigación.

Las computadoras cuánticas tienen el potencial de cambiar la vida moderna. Por ejemplo, si se aplican en la seguridad pública, la computación cuántica sería capaz de revisar instantáneamente una base de datos de imágenes faciales de 6.000 millones de personas e identificar a un individuo en tiempo real.

En el transporte público, la computación cuántica sería capaz de analizar instantáneamente e identificar complicadas condiciones de tránsito, permitiendo a los sistemas de transporte evitar embotellamientos.

Los científicos pueden utilizar las computadoras cuánticas para estudiar cómo crece la conciencia humana, y crear inteligencia artificial con poder inimaginable, o buscar planetas como la Tierra en el universo.

La computación cuántica también puede permitir realizar pronósticos del clima más precisos, así como resolver difíciles problemas para descifrar códigos, diseñar fármacos y realizar análisis financieros.

Los científicos chinos tienen grandes planes. Buscan lograr la manipulación de 20 fotones enlazados para finales de este año, y tratarán de diseñar y manipular 20 bits cuánticos de superconducción. Planean lanzar una plataforma de computación de nube cuántica a finales de este año.

Pan calcula que los científicos chinos pueden lograr la manipulación de alrededor de 50 bits cuánticos para el año 2020 y así alcanzar la supremacía cuántica, y conseguir la manipulación de 100 bits cuánticos en 10 años, lo cual significa que la capacidad de una computadora cuántica sería igual a un millón de veces la capacidad total de todas las computadoras actualmente en uso.