La computación cuántica nos traerá avances tecnológicos y ayudará a probar o descartar teorías científicas que antes no podían ser validadas.
Las implicaciones en los negocios son grandes. Deseo escribir al respecto en esta columna durante los meses siguientes. Comencemos con la diferencia entre las computadoras más potentes de la actualidad, llamadas supercomputadoras y una computadora cuántica.
Supercomputadoras
Las supercomputadoras son la categoría de computadoras clásicas más poderosas del mundo. Usualmente reservadas para investigación científica ya que se invierten decenas o cientos de millones de dólares en crearlas y operarlas.
El ranking TOP500 creó un benchmark para medir la potencia de las supercomputadoras. La supercomputadora Fugaku es 3x mas rapida que Summit, la segunda mas potente del mundo.
Fugaku cuenta con 7,630,848 de núcleos, tu computadora posiblemente menos de 8.
Las computadoras tradicionales usan bits, un sistema binario formado por ceros y unos. Para dar potencia a una computadora tradicional se le agregan procesadores y podrá realizar más cálculos binarios al mismo tiempo. Cada cálculo tiene dos posiciones. 1,1/0,0/1,0/0,1.
Sin embargo, las computadoras binarias, por más potentes que sean, no son buenas resolviendo algunos problemas donde las variables son exponenciales.
Problemas cuánticos
Existen problemas que las computadoras tradicionales no son buenas resolviendo. Un ejemplo es el famoso problema del vendedor viajero (traveling salesman problem) el cual busca optimizar la ruta de visitas de un vendedor. Un incremento pequeño en los destinos, tiene un efecto exponencial en las rutas. Para ejemplificar:
Una computadora actual tarda un microsegundo para calcular 5 destinos. Pero este tiempo se vuelve inmenso agregando solo unos cuantos destinos más.
- 5 destinos, 12 posibles rutas - 1 Microsegundo
- 10 destinos - 181,400 posibles rutas 1 segundo
- 15 destinos - 43,000,000,000 posibles rutas - 12 horas
Si nos vamos a solo 25 destinos, tardaría 10 mil millones de años. La edad del universo.
*Por cada destino (N) el número posible de rutas es (n-1)!/2.
Si quisieras encontrar un ítem en una lista de un trillón y una super computadora tardaría 1 microsegundo por ítem:
La diferencia entre procesamiento binario y cuántico
Con el ejemplo anterior, las supercomputadoras actuales obtienen velocidad con fuerza bruta; más núcleos, más procesadores generan más resultados de cálculos por segundo. Pero siguen siendo cálculos binarios. Tiene que revisar N/2 en promedio, en el peor de los casos un N cada vez.
Una computadora cuántica opera utilizando bits cuánticos, llamados qubits. Los qubits tienen la cualidad de ser 0 y 1 al mismo tiempo. Un electrón o un fotón pueden ser usados como un qubit.
Las computadoras cuánticas pueden crear espacios multidimensionales para representar problemas muy complejos, las supercomputadoras clásicas, aún con sus millones de núcleos no pueden. Simplemente resuelven los problemas de manera distinta.
Las computadoras cuánticas no son siempre más rápidas, es más, la mayoría de las veces, para cálculos tradicionales son lentas. Son más rápidas para un tipo específico de cálculos que requiere un espacio multidimensional o descartar rápidamente muchas variables.
Aquí está la gran cualidad de las computadoras cuánticas. Puede resolver cálculos de manera eficiente, donde una computadora clásica sólo puede hacerlo de manera ineficiente. Digamos que en ellas, el tiempo de procesamiento, puede ser relativo no lineal.
Ran Raz and Avishay Tal demostraron en 2018 que la computadora cuántica puede resolver estos problemas manera eficiente:
- No son rápidos de resolver por una computadora clásica
- El resultado no puede ser verificado rápidamente por una computadora clásica
- No entra en la categoría de problemas que una computadora tradicional puede resolver en un tiempo polinomial
Las aplicaciones actuales son muy emocionantes y cubren todas las industrias:
- Buscar eventos de Higgs y el origen del universo en el CERN
- Entender a nivel molecular las reacciones químicas de las baterías para crear una nueva generación de baterías.
- Transformar ciberseguridad con nuevos métodos de encriptación
- Crear fármacos y químicos más rápido con simulaciones a nivel molecular
