Computación cuántica para todos

Retomo el blog con un tema que me tiene  absorbido desde hace ya más de un año y medio, los ordenadores cuánticos.  Estos han dejado de ser  una promesa para dentro de 20 años,  desde que   hace dos   IBM pusiera en marcha la plataforma IBM Quantum experience. Este   sistema on-line  permite a cualquiera acceder de forma remota y gratuita  a los primeros ordenadores cuánticos de 5 qubits, que se programan de forma sencilla mediante un interface   gráfico muy  intuitivo.  Además,  IBM también proporciona acceso remoto a un ordenador cuántico de 16 qubits, que ha de ser programado mediante el lenguaje QISKIT (quantum information science KIT).  Finalmente, si alguien quiere tener su propio ordenador cuántico en casa,  IBM  acaba de anunciar  su comercialización  aunque supongo que en este caso el precio no está al alcance de cualquiera. 

Plataforma de IBM quantum experience para programar un ordenador cuántico de 5 qubits. 

 De momento los ordenadores cuánticos ocupan un tamaño más grande que un calentador de 200 litros,   funcionan a una centésima de grado por encima del cero absoluto  y tienen  unas prestaciones limitadas. Apenas tienen 20  bits cuánticos,  en los que  se pueden ejecutar un número limitado de instrucciones antes de que pierdan la "magia cuántica" que les confiere su poder,  la  coherencia cuántica.   Alguien podría pensar que estos cacharros enormes  e imperfectos son un montón de chatarra, pero a mí me recuerdan a  aquellas máquinas de los años 40 y 50, cuando todavía no se había inventado el transistor, y que sentaron las bases de la revolución electrónica.  El transistor, el circuito integrado, el ordenador personal, internet, y el teléfono móvil fueron llegando más tarde.   Por tanto,  bien podría ocurrir que estemos en el comienzo de una nueva secuencia de innovaciones tecnológicas que nos lleven en un futuro a tener ordenadores cuánticos en el bolsillo.

El ordenador cuántico está metido en el fondo del tanque con forma de calentador eléctrico. En lugar de agua caliente, el contenedor contiene circuitos a temperaturas criogénicas.  El espacio que contiene los bits cuánticos  está refrigerado a una centésima de grado por encima del cero absoluto.  Esta imagen ha sido tomada de https://bgr.com/2018/04/05/ibm-q-network-quantum-computing-startups/https://bgr.com/2018/04/05/ibm-q-network-quantum-computing-startups/

¿Qué se puede hacer con uno de estos ordenadores cuánticos ahora mismo?.  De momento, debido al reducido número de bits , y más importante, debido a la corta vida de su coherencia cuántica,  los ordenadores cuánticos apenas tienen aplicaciones que  queden fuera del alcance  de un ordenador normal.  Varios grupos de investigación en el mundo, incluido  que el mío, estamos explorando cómo usarlos para simular las propiedades de los electrones en moléculas y sólidos. Como dijo Feynman, estamos usando sistemas cuánticos para estudiar otros sistemas cuánticos.   

¿Qué problemas esperamos que puedan resolver más adelante?.   Hay muchos problemas que no pueden ser resueltos ni con los mejores ordenadores convencionales.  Además del modelado de moléculas de interés biológico y farmacéutico, que podría acelerar el descubrimiento de medicinas, hay otra clase de problemas que permanecen fuera del alcance de los ordenadores convencionales, los problemas de optimización. ¿Cuál es la mejor manera de organizar el reparto de aviones y tripulaciones en una compañía aérea?.  ¿Y la mejor forma de llevar repartir los millones de envíos en una empresa de transporte? ¿Y el traslado de enfermos crónicos en ambulancias? .  Todos estos problemas tienen en común que dependen de un gran número de variables que dan lugar a un espacio de posibilidades  casi  ilimitado.  Sabemos que los ordenadores cuánticos pueden gestionar esa información de forma mucho más eficaz que los ordenadores normales.   Teniendo en cuenta el volumen de negocio de compañías de aviación y transporte,  una mejora de un 1%  en sus sistemas de distribución  podrían suponer unos beneficios gigantescos.

Las expectativas sobre estas nuevas tecnologías son muy altas, y el hecho de que Intel, Microsoft, IBM, Google estén llevando a cabo inversiones millonarias para desarrollar ordenadores cuánticos es prueba de ello.  Para los estudiantes de Física, y ramas afines,  esta situación supone una oportunidad profesional excelente. Aprender a programar ordenadores cuánticos es fácil para un físico, y puede suponer encontrar un buen trabajo en un este mercado emergente.  Como dicen los de IBM, are you quantum ready?