{"id":59420,"date":"2020-11-12T18:49:39","date_gmt":"2020-11-12T17:49:39","guid":{"rendered":"https:\/\/openexpoeurope.com\/?p=59420"},"modified":"2021-04-07T14:57:55","modified_gmt":"2021-04-07T12:57:55","slug":"al-universo-le-gusta-jugar-a-los-dados","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/openexpoeurope.com\/es\/al-universo-le-gusta-jugar-a-los-dados\/","title":{"rendered":"Al universo le gusta jugar a los dados: Computaci\u00f3n cu\u00e1ntica"},"content":{"rendered":"

\u00bfCu\u00e1ndo se conseguir\u00e1 la supremac\u00eda cu\u00e1ntica computacional?<\/b><\/h3>\n

Hace unos meses Google anunci\u00f3 que hab\u00eda conseguido la \u201csupremac\u00eda cu\u00e1ntica\u201d con su procesador cu\u00e1ntico Sycamore<\/i>, esto es, realizar un c\u00e1lculo exponencial complejo en relativamente poco tiempo y que llevar\u00eda a\u00f1os realizarlo con el mas potente ordenador tradicional. En concreto pusieron como ejemplo un problema en el que su computador cu\u00e1ntico de 53 qubits (los bits cu\u00e1nticos) tardaba 200 segundos en resolverlo, mientras en el ordenador mas potente del momento (el Summit de IBM) tardar\u00eda \u00a1\u00a110.000 a\u00f1os!!\u2026. \u00a1se hab\u00eda conseguido la supremac\u00eda cu\u00e1ntica!<\/p>\n

\u00a1Pero no tan r\u00e1pido!, d\u00edas m\u00e1s tarde, los ingenieros de IBM salieron a desmentir la noticia diciendo que esa operaci\u00f3n ser\u00eda realizada en 2,5 d\u00edas por su ordenador y no en 10.000 a\u00f1os, bueno 200 segundos frente a 216.000 sg de 2,5 d\u00edas\u2026 vale no se ha conseguido la supremac\u00eda, pero es 1.000 veces m\u00e1s r\u00e1pido, \u00a1un gran paso!<\/p>\n

El duelo entre IBM y Google ser\u00e1 feroz para ver quien demuestra la supremac\u00eda cu\u00e1ntica ya que IBM tambi\u00e9n est\u00e1 desarrollando su propio computador cu\u00e1ntico, pero no ha encontrado el algoritmo que pueda beneficiarse de las capacidades cu\u00e1nticas.<\/p>\n

https:\/\/youtu.be\/-ZNEzzDcllU<\/a><\/u><\/span> si alguien quiere ver la demostraci\u00f3n de Google\u2026.<\/p>\n

Pero profundicemos un poco, \u00bfde qu\u00e9 est\u00e1 hecho exactamente un ordenador cu\u00e1ntico? \u00bfQu\u00e9 le proporciona esa potencia de c\u00e1lculo? Y sobre todo \u00bfson \u00fatiles los ordenadores cu\u00e1nticos si los superordenadores cada vez son m\u00e1s potentes?<\/p>\n

El problema exponencial<\/b><\/h3>\n

Para responder a esta \u00faltima pregunta hay que entender que hay problemas exponenciales que nunca ser\u00e1n abordables por los ordenadores bol\u00e9anos o tradicionales. Para entender bien el concepto de problema exponencial usar\u00e9 una leyenda en la que un sabio, al que un rey le prometi\u00f3 un premio, pide al gobernante que le recompense colocando un grano de arroz en el primer cuadrado de un tablero de ajedrez, dos granos en el segundo cuadrado, cuatro granos en el tercero y as\u00ed sucesivamente. Cada casilla deb\u00eda tener el doble de granos que la anterior. El rey accedi\u00f3 a su petici\u00f3n y dio su palabra, \u00a1ser\u00e1 por granos de arroz! pero pronto se dio cuenta de que el arroz necesario para llenar el tablero de ajedrez era m\u00e1s del que exist\u00eda en todo el reino, en toda la tierra y le costar\u00eda todos sus bienes.<\/p>\n

\u00a0\"\"<\/p>\n

Vale, vale, pero si seg\u00fan la ley de Moore, la capacidad de proceso se duplica cada 2 a\u00f1os\u2026solo tenemos que esperar unos a\u00f1os para tener la capacidad de proceso necesario, en el caso de IBM con 15 a\u00f1os tendr\u00eda tanta potencia como el computador cu\u00e1ntico. Pero tenemos un problema y es que estamos llegando al l\u00edmite f\u00edsico de la miniaturizaci\u00f3n, donde ser\u00e1 imposible reducir mas el tama\u00f1o de los transistores (efecto t\u00fanel) y, sobre todo, disipar el calor que generan.<\/p>\n

En cambio, los computadores cu\u00e1nticos no se ven limitados por la miniaturizaci\u00f3n, aprovechan las propiedades cu\u00e1nticas de las part\u00edculas elementales, principalmente de los electrones. \u00bfPero es posible controlar un electr\u00f3n? Pues como es complicado trabajar directamente con ellos (tienen la man\u00eda de no quedarse quietos), se utilizan \u00e1tomos donde los electrones \u201corbitan\u201d su n\u00facleo, manteni\u00e9ndolos confinados en una especie de jaulas magn\u00e9ticas. Y su capacidad de c\u00e1lculo aumenta cuantas m\u00e1s jaulas con electrones se interconecten.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Una vez que se captura un \u00e1tomo, ya podemos aprovechar una propiedad que tienen los electrones de ese \u00e1tomo como indicador de estado: El Spin. Los electrones son como peque\u00f1os imanes y la polaridad puede orientarse en muchas direcciones. Seg\u00fan apunte la polaridad para arriba o para abajo ( \u2191 o \u2193) decimos que representa un 0 o un 1, pero en realidad es mucho m\u00e1s, un qubit permite que sea 0 y a la vez 1, lo que se ha denominado superposici\u00f3n. \u00bfC\u00f3mo es eso de 0 y 1 a la vez? \u00a1\u00a1en el mundo real hay determinismo, o es 0 o es 1!!. Paciencia, vamos por partes\u2026.Una forma de verlo es la siguiente imagen, donde pasamos de una tecnolog\u00eda binaria (0 o 1) a una cu\u00e1ntica donde podemos regular cuanto de 1 y cuanto de 0 almacena un qubit. Eso s\u00ed, la \u201ccantidad<\/i>\u201d de 1 y de 0 tiene que cumplir unas reglas.<\/p>\n

\"\"<\/b><\/p>\n

\u00bfQu\u00e9? \u00bfmundos paralelos? \u00bfest\u00e1s de br<\/b>oma no? – Computaci\u00f3n Cu\u00e1ntica<\/b><\/h3>\n

Como dec\u00eda, los f\u00edsicos han conseguido confinar \u00e1tomos en c\u00e1maras de iones gracias a campos magn\u00e9ticos haciendo que se mantengan dentro de ellos y con l\u00e1ser (fotones) son capaces de actuar sobre el spin de los electrones para cambiarlo\u2026. \u00a1\u00a1han construido un transistor cu\u00e1ntico! El problema es que para hacer esto, necesitan de momento, de complejas instalaciones refrigeradas a casi el cero absoluto\u2026 esta es la pinta que tienen:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\u00bfPero qu\u00e9 hace que unos cuantos \u00e1tomos conectados tengan esa capacidad de c\u00e1lculo?, pues dos propiedades naturales de las part\u00edculas cu\u00e1nticas: la superposici\u00f3n<\/b> y el entrelazamiento<\/b>.<\/p>\n

Empecemos por el entrelazamiento<\/b>. Se produce entre 2, 3 o m\u00e1s electrones y es como si las part\u00edculas tuviesen comunicaci\u00f3n instant\u00e1nea entre ellas lo que les permite sincronizar su orientaci\u00f3n de Spin (estado) sea cual sea la distancia que medie entre ellas, es como un teletransporte de informaci\u00f3n pero no a velocidad de la luz, sino instant\u00e1neo\u2026 esto choca con la teor\u00eda de la relatividad de que cualquier velocidad no puede ser superior a la luz, y tambi\u00e9n con toda l\u00f3gica de nuestra realidad, pero la cu\u00e1ntica es as\u00ed.<\/p>\n

\u00a1\u00a1Ya s\u00e9 que es muy loco!! A esta propiedad fantasmag\u00f3rica fascin\u00f3 a muchos cient\u00edficos Schrodinger y Einstein entre otros, que nunca se lo terminaron de creer. el propio Einstein llam\u00f3 a este efecto \u201cescalofriante acci\u00f3n a distancia<\/i>\u201d.<\/p>\n

Resumiendo, que si tenemos un sistema en el cual dos part\u00edculas est\u00e1n entrelazadas entre s\u00ed, cuando cambiamos el Spin de una de ellas de forma aleatoria, la otra cambia autom\u00e1ticamente est\u00e9 donde est\u00e9 (aunque est\u00e9 a la otra punta de la galaxia) y sin que haya ning\u00fan canal de informaci\u00f3n de por medio, \u00a1\u00a1m\u00e1s r\u00e1pido que la luz!<\/p>\n

https:\/\/openexpoeurope.com\/wp-content\/uploads\/2020\/11\/WhatsApp-Video-2020-11-13-at-11.12.43.mp4<\/a><\/video><\/div>\n

\u00bfpreparado para la segunda propiedad?, ag\u00e1rrate, ahora vamos con la superposici\u00f3n<\/b>. Es una propiedad que permite a los qubit tener simult\u00e1neamente varios valores. Imagina que su propiedad fuera el color, pues podr\u00edan ser rojos y verdes a la vez. Es como si estuvi\u00e9semos generando nuevas dimensiones con cada qubit superpuesto y cada una de esas dimensiones guarda un valor. Si tenemos un Computador de 20 qubits, tiene 20 dimensiones donde cada una guarda un valor, pero desde nuestra realidad de 3 dimensiones, lo vemos superpuesto\u2026 \u00bfnuevas dimensiones?, siiii, el espacio de c\u00e1lculo se multiplica lo que implica que podemos distribuir los c\u00e1lculos entre todas ellas y hacerlas \u00a1\u00a1de una sola vez!!.<\/p>\n

Os recomiendo este simp\u00e1tico video de universos paralelos, te reir\u00e1s un buen rato: https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=vBkBS4O3yvY<\/a><\/u><\/span><\/p>\n

\u00bfDe qu\u00e9 orden de magnitud es la mejora?<\/b><\/h3>\n

Es dif\u00edcil hacer paralelismos entre los superordenadores y los computadores cu\u00e1nticos en cuanto a rendimiento ya que implica pasar de \u201cl\u00f3gica boleana\u201d a \u201cl\u00f3gica cu\u00e1ntica\u201d pero mientras en un ordenador cl\u00e1sico una operaci\u00f3n toma un valor binario de entrada y genera un resultado, en un computador cu\u00e1ntico, todas las posibles combinaciones se hacen a la vez, en paralelo.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Solo una ilustraci\u00f3n para entender la capacidad exponencial de los qubits para almacenar informaci\u00f3n:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Con 3 bits cl\u00e1sicos podemos almacenar un solo valor como el 011 (3 en n\u00famero real), con 3 qubits podemos almacenar simult\u00e1neamente 8 valores gracias a sus propiedades de superposici\u00f3n. Este video lo cuenta muy bien https:\/\/www.visual-science.com\/projects\/quantum-computers\/animation\/<\/a><\/u><\/span><\/p>\n

\u00bfY esto para cu\u00e1ndo?<\/b><\/h3>\n

Desarrolladores tranquilos, si alguien est\u00e1 pensando en hacer un cursillo r\u00e1pido de algoritmos cu\u00e1nticos que espere un poquito, los ordenadores cu\u00e1nticos no tienen operadores aritm\u00e9ticos o l\u00f3gicos tradicionales. De hecho, no tiene una estructura de bucle \u00absi, entonces\u00bb o \u00abmientras…\u00bb. No se puede recompilar un programa de C++ o Python y ejecutarlo en un ordenador cu\u00e1ntico.<\/p>\n

En general, la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica no terminar\u00e1 con la computaci\u00f3n cl\u00e1sica. Ambas coexistir\u00e1n. Habr\u00e1 un mont\u00f3n de algoritmos que no tienen ninguna ventaja en la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica.<\/p>\n

Si alguien no ha entendido nada, que no se preocupe, como dijo Feynman, el premio Nobel de f\u00edsica, \u201cSi crees que entiendes la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, es que realmente no entiendes la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica\u201d. Y si, mi querido Einstein, al universo le gusta jugar a los dados.<\/p>\n

M\u00e1s art\u00edculos de Javier Garrido<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

\u00bfCu\u00e1ndo se conseguir\u00e1 la supremac\u00eda cu\u00e1ntica computacional? Hace unos meses Google anunci\u00f3 que hab\u00eda conseguido la \u201csupremac\u00eda cu\u00e1ntica\u201d con su procesador cu\u00e1ntico Sycamore, esto es, realizar un c\u00e1lculo exponencial complejo en relativamente poco tiempo y que llevar\u00eda a\u00f1os realizarlo con el mas potente ordenador tradicional. En concreto pusieron como ejemplo un problema en el que… <\/p>\n

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