Por qué Google y el Pentágono quieren computadoras cuánticas
Las máquinas cuánticas podrían transformar la computación.
Imagine una computadora que puede enseñarle a su teléfono celular a reconocer cualquier objeto que vea o una que puede encontrar al instante las mejores rutas de vuelo para que miles de aviones eviten una tormenta de nieve o incluso una que pueda rastrear millones de publicaciones en redes sociales para identificar a un potencial terrorista.
Las computadoras tradicionales, incluidas las supercomputadoras, requieren de un tiempo sustancial para obtener esos tipos de datos.
Pero durante largo tiempo los científicos han teorizado que una computadora que pueda aprovechar los principios usualmente peculiares de la mecánica cuántica podría realizar esos cálculos en un instante, y resolver problemas que a una computadora normal le tomaría años.
La comunidad científica todavía debate si alguna vez se podrá construir una verdadera computadora cuántica.
Pero la compañía lD-Wave avanza con rapidez. Ya se ganó al principal fabricante de armas del Pentágono y ahora recibió otro enorme respaldo: una colaboración a tres bandas entre la agencia espacial estadounidense, la NASA, Google y la Universities Space Research Association (USRA) para adquirir la segunda computadora D-Wave Dos.
D-Wave Systems, una firma con sede en Canadá, adquiririó prominencia en 2007 cuando sorprendió a la comunidad científica al anunciar que había construido la primera computadora cuántica del mundo.
La noticia fue recibida con escepticismo y críticas, particularmente de científicos que querían pruebas publicadas, evaluadas por sus pares, antes que un mero anuncio público.
Desde entonces, sin embargo, D-Wave no sólo ha publicado literatura científica al respecto, sino que ha ganado importantes clientes.
El primero fue Lockheed Martin, la empresa de defensa más grande del mundo, que anunció este año la compra de la versión actualizada de su computadora, la D-Wave Dos, una computadora de 512 qubit (unidad mínima de información cuántica). Dos años atrás había adquirido una versión anterior.
No sorprende que una companía de defensa esté interesada en una computadora cuántica: el Pentágono y la comunidad de inteligencia de Estados Unidos han sido durante largo tiempo los principales inversores en la computación cuántica.
El mundo de los espías, en particular, la requiere para codificar datos y descifrar códigos, pilares del sector.
Software para armas
Los ámbitos de defensa e inteligencia son algunos de los interesados en esta tecnología.
El interés del área de seguridad nacional también le conviene a D-Wave. "Francamente, no queremos miles de clientes: queremos un puñado de clientes realmente colaboradores para trabajar en cómo pueden aprovechar este tipo de tecnología", dice Vern Brownell, director ejecutivo de D-Wave Systems.
"En esa lista están el Departamento de Defensa y la comunidad de inteligencia", agrega.
Lo que hace que estas computadoras sean tan valiosas para ellos es la forma en que hacen los cálculos.
Una computadora clásica realiza cálculos útiles al procesar bits que representan unos y ceros. Pero una computadora cuántica "estándar" usa la idea del entrelazamiento cuántico, por el cual la información puede existir tanto como un uno y un cero como por un número infinito de "superposiciones" de ambos estados al mismo tiempo.
Efectivamente, estos "bits cuánticos", o qubits como son conocidos, pueden trabajar en paralelo en vez de en forma secuencial, lo que permite que las resolver más rápido ciertos problemas.
Hay, sin embargo, diferentes enfoques hacia la computación cuántica: la computadora de D-Wave es un tipo de dispositivo especial basado en una técnica conocida como computación cuántica adiabática, que implica el uso de circuitos de metales superconductores para enfriar el sistema.
Si esto se realiza de forma precisa, los qubits de las máquinas buscan un estado de baja energía que representa la respuesta a un problema determinado.
Sólo preguntas nuevas
Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las computadoras, las máquinas D-Wace no pueden responder una pregunta vieja.
Sólo pueden resolver los llamados problemas de "optimización", en los que hay una serie de criterios que deben cumplirse simultáneamente, y en los que hay una solución inmejorable que cumple con la mayoría de ellos, por ejemplo, la ruta óptima para que un camión de reparto minimice el tiempo y la distancia recorrida.
Lochkeed, según Brownell, se conectó con D-Wave por el interés mutuo en los tipos de cálculos que puede realizar una computadora cuántica.
"Tienen algoritmos que se pueden aplicar a nuestra tecnología", dice. "Su foco particular es la verificación de software".
El software está cada vez más en el corazón de lo que las compañías de defensa hacen. Por ejemplo, el avión de caza Lockheed Martin F-35 Joint Strike Fighter tiene lo que ha sido descrito como el software más complejo de cualquier sistema de defensa, con más de 24 millones de líneas de código, de acuerdo a un reporte de 2012 de la Oficina de Contabilidad del Gobierno de Estados Unidos (GAO, por sus siglas en inglés).
La computación cuántica podría usarse para verificar esa gran cantidad de códigos y asegurar que la aeronave opere de forma fiable y segura.
En busca de la esencia
Lockheed Martin, la empresa de defensa más grande del mundo, fue el primer cliente de D-Wave Systems.
Una computadora cuántica también sería buena para una variedad de otras aplicaciones que involucran el aprendizaje de una máquina, dice Bo Ewald, presidente de la rama estadounidense de D-Wave. Eso podría incluir lo que Ewald llama "encontrar la esencia de complejas estructuras de datos", algo que podría ser útil para la búsqueda y procesamiento de datos en redes sociales o en el reconocimiento de patrones en imágenes.
Ewald asegura que la computadora cuántica será capaz de aprender las características clave de una forma particular, como un auto, al mostrarle muchas imágenes de autos.
Una vez que las aprende, debería poder reconocerlas más fácil que los sistemas convencionales.
Además, dice, una vez que determine las características de lo que hace reconocible a un auto, puede usarlo para "entrenar" computadoras tradicionales, como un teléfono celular, a cómo reconocer de forma más simple a un auto, algo que le podría interesar a empresas como Google.
Otros usos podrían interesar a la colaboración de NASA-Google-USRA para mejorar la búsqueda en la red y la robótica, para ir a la caza de exoplanetas y optimizar los controles de tráfico aéreo.
Esa computadora, que será instalada en el llamado Laboratorio Cuántico de Inteligencia Artificial, estará localizada en el Centro de Investigación Ames de la NASA, en California. Se espera que esté lista para ser utilizada más adelante este año.
Bits y apuestas
Pero en la mayoría de casos, el que una computadora cuántica efectivamente podrá realizar esa clase de funciones más rápido que una computadora clásica todavía es una teoría.
Ni siquiera todos están convencidos de que la computadora D-Wave esté usando la mecánica cuántica para hacer los cálculos.
Christopher Monroe, un investigador de información cuántica en el Joint Quantum Institute y la Universidad de Maryland (Estados Unidos), dice que la compañía aún no ha probado que está operando en un estado cuántico.
"No estoy absolutamente convencido de que sea una computadora cuántica. Pero quizá no importe", dice.
Explica que la computadora D-Wave quizá sí sea capaz de resolver problemas de optimización mejor que las computadoras tradicionales, tal como fue demostrado en pruebas recientes, así la manera en que trabaja no implica la mecánica cuántica.
Quizá sí
Pero algunos antiguos críticos de D-Wave ya no dudan tanto.
Seth Lloyd, un profesor de ingeniería mecánica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) que ha estado involucrado desde hace tiempo en la computación cuántica, cuenta que cuando Lockheed Martin se interesó por primera vez en D-Wave, él intentó de disuadirlos de comprarla.
El propio Lloyd ha estado involucrado en desarrollar los principios detrás de la computadora cuántica adiabática, pero dice que el grupo no patentó la idea pues no creía que realmente se pudiera fabricar una máquina práctica.
"Probablemente estaba equivocado, y (Lockheed y D-Wave) probablemente estaban en lo cierto", dice ahora. "El dispositivo D-Wave está haciendo algo cuántico, pero no está claro qué es ese algo".
Y si no...
Quizá la gran pregunta entonces es si la multimillonaria inversión de Lockheed es una señal de que la compañía realmente cree en la computadora cuántica de D-Wave. La teoría de algunos en el ámbito de la computación cuántica es que la apuesta de Lockheed es un intento por ganarse al gobierno de Canadá, un inversor clave en el caza F-35.
"Creo que desde una perspectiva tecnológica soy algo escéptico (a la idea). Es una gran tecnología y una capacidad única... y eso nos llamaría la atención bajo casi cualquier circunstancia", dice Brad Pietras, vicepresidente de tecnología en Lockheed Martin.
"El hecho de que el gobierno canadiense sea un socio del F-35, y que trabajamos cercanamente como socios industriales y aliados es simplemente un extra fantástico a nuestra relación", señala.
Pietras tampoco está muy preocupado de si la computadora D-Wave convenció a todos sus críticos científicos. "En el corto plazo, mi preocupación es, ¿qué problemas puede resolver?".
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