Computación cuántica: ¿qué hay de nuevo, viejo?

Más de un siglo ha pasado desde que alguien planteó que la luz se puede comportar como onda y como partícula y se cumplió el año pasado un siglo desde que alguien lo extendió a todas las partículas. En 1927 alguien dijo que las leyes físicas comunes no se aplican en el micromundo y lo llamó “Principio de Incertidumbre” (o “de indeterminación”, según otros traductores) y en 1935 alguien metió un gato en una caja y se soltó (o no) una partícula subatómica para saber si el gato se moría… o no.

En 1924 alguien bautizó a esta nueva física —o a esta nueva versión de la física— como “mecánica cuántica” y, finalmente, se lanzó todo.

Así como a una persona se le ocurrió algo nuevo y dio origen a un capítulo de la historia de la física cuántica, la computadora cuántica —según todas las IAs consultadas, je— fue concebida por dos o tres personas: Paul Benioff y Richard Feynman a quienes algunos agregan a David Deutsch.

Todo esto para demostrar la jactancia intelectual de quien esto escribe.

En fin, ahora hablando en serio, la computadora cuántica está aterrizando después de más de 20 años de investigación y desarrollo. Quienes llevaron a cabo estas tareas fueron las grandes, es decir, IBM, Microsoft, Google y alguna otra porque tenían —y tienen— fondos suficientes para hacer las inversiones necesarias, entre otras cosas. Eso no quiere decir, por supuesto, que no estén pensando en cómo amortizar esas inversiones, qué negocios se pueden hacer.

Palabras mayores

Google dice: “La computación cuántica es una tecnología emergente, y sabemos que se necesitará tiempo para alcanzar su pleno potencial. Creemos que debe tener un impacto real en el mundo. Estamos explorando aplicaciones en áreas como el descubrimiento de fármacos, la ciencia de los materiales, la inteligencia artificial y la optimización de problemas complejos. Creemos que la colaboración es clave para acelerar el progreso en la computación cuántica. Estamos colaborando con otras empresas, instituciones académicas y comunidades de investigación para construir un ecosistema cuántico sólido. Hemos realizado inversiones económicas en empresas que avanzan la tecnología de computación cuántica. Estamos comprometidos con una inversión a largo plazo en esta área, con la convicción de que transformará el futuro”.

Según Microsoft: “A medida que nuestra industria mira hacia el futuro, el ritmo de la investigación y el desarrollo cuánticos no hará sino acelerarse, por lo que este es un momento crítico y catalizador para que los líderes empresariales y gubernamentales actúen. Líderes de empresas globales, fondos de inversión y gobiernos de todo el mundo están realizando inversiones multimillonarias en computación cuántica. Las organizaciones que están planificando una estrategia integral de preparación para la cuántica están creando una diferenciación duradera y competitiva para sus organizaciones y posicionándose para aprovechar todo el poder de la cuántica a medida que se amplía”.

En un comunicado de 2023, IBM publicó: “A medida que avanzamos en nuestra misión de llevar la computación cuántica útil al mundo, tenemos pruebas sólidas de cuáles son las piedras angulares necesarias para explorar una clase completamente nueva de problemas computacionales”, dijo Jay Gambetta, IBM Fellow y Vicepresidente de IBM Quantum.

“Al equipar nuestros sistemas IBM Quantum con procesadores capaces de escala utilitaria, estamos invitando a nuestros clientes, socios y colaboradores a que traigan sus problemas más difíciles para explorar los límites de los sistemas cuánticos actuales y empezar a extraer valor real”, agregó.

Viene y no viene

La computación cuántica suena a ciencia ficción, pero está cada vez más cerca de volverse parte de nuestra vida diaria. ¿Lo increíble? Podría resolver problemas que hoy en día son prácticamente imposibles para las computadoras tradicionales, y hacerlo en mucho menos tiempo.

Esto no es solo teoría: tiene el potencial de transformar por completo industrias como la ciberseguridad, la salud o la logística. Imagine una medicina diseñada a la medida gracias a simulaciones ultra precisas, o sistemas de transporte y cadenas de suministro que se organizan casi solos con una eficiencia nunca vista. Incluso podría ayudarnos a proteger nuestros datos frente a las amenazas del futuro con una nueva generación de criptografía.

Esto no está tan lejos, pero todavía falta. Con los avances que se vienen en hardware cuántico y nuevos tipos de algoritmos, estamos a las puertas de una revolución tecnológica que podría cambiar las reglas del juego. Según Global Growth Insights, el tamaño del mercado global de computación cuántica de la empresa se valoró en U$S 1.041,35 millones en 2024 y se prevé que crecerá a una tasa compuesta anual de 19,3% durante el período de pronóstico [2025-2033], alcanzando U$S 1.242,33 millones en 2025 y U$S 5.097,53 millones para 2033. En cambio, Vantage Market Research calculó U$S 812,6 millones en 2022 y pronostica U$S 8.229 millones para 2030, a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) 2023-2030 del 22%.

Okey, sabemos en qué andan las “grandes” ¿y qué pasa con las “no tan grandes”

Las otras

Todas las grandes compañías ven a la computación cuántica como el próximo gran salto tecnológico, incluso con inversiones en muchos casos más ambiciosas de las que existen en inteligencia artificial.

“La demanda tecnológica de tendencia sigue estando dominada por la inteligencia artificial, en gran parte porque aún estamos en una fase de exploración sobre sus aplicaciones y potencial. Sin embargo, esto no significa que sea la única tecnología disruptiva de tendencia”, destaca Gastón Gugliotta, Gerente General de Streambe. Y agrega: “La computación cuántica es una de las innovaciones más prometedoras, aunque aún se encuentra en una etapa temprana de desarrollo comercial. Veremos una transformación radical en la capacidad de procesamiento, con impacto en la simulación de materiales, la resolución de problemas complejos de optimización y el desarrollo de nuevos paradigmas en la informática. Estamos en la antesala de una disrupción que cambiará la infraestructura de cómputo que actualmente conocemos”.

Por su parte, Facundo Diaz, presidente y fundador de /q99, explica: “El gran desafío todavía sigue siendo la estabilización, hacer algo estándar y en los casos de superconductores, lograr y corregir el error y lo que se llama la decoherence, que son los Qubits que tienen que estar entrelazados y, al trabajar con partículas subatómicas, la necesidad de hacerlo a temperaturas cero Kelvin, que es menos 273 grados centígrados. El desafío es llegar a esa temperatura y además de cualquier influencia eléctrica, de temperatura o de movimiento interfiere y rompe el entrelazamiento de los qubits, lo hace hoy el principal desafío”.

En castellano básico significa que todavía estamos muy verdes en el uso de esta tecnología. Los Qbits (equivalentes a los bits del mundo real pero que pueden tener más valores que sólo 1 o 0 —o, peor, tener los valores 1 y 0 al mismo tiempo— tienen que estar conectados entre sí para procesar coherentemente y, por el momento, sólo se está logrando a temperaturas cercanas al cero absoluto, o sea, cerca de los -273°C. Por ahora es la única manera de protegerlos del “ruido” externo (calor, vibraciones, campos magnéticos, interferencias eléctricas, imperfecciones en el hardware, etc.), aunque están surgiendo nuevas tecnologías que lidian con este problema.

Pero más allá de lo estrictamente técnico, es la aplicación a lo que todo el mundo aspira. Gugliotta afirma: “La computación cuántica se perfila como un pilar clave en sectores como la ciberseguridad, la farmacéutica y la optimización logística. Su desarrollo podría redefinir industrias enteras, permitiendo avances en criptografía post-cuántica, simulaciones moleculares de alta precisión para el diseño de nuevos fármacos y algoritmos de optimización exponencialmente más eficientes para cadenas de suministro y sistemas financieros. Tanto es así, que se espera que el avance en hardware cuántico y nuevos modelos algorítmicos marque, en los próximos años, el inicio de una revolución tecnológica sin precedentes”.

Y Díaz agrega: “la salud, con la posibilidad de modelar nuevas drogas, de entender y procesar el genoma humano, trabajar con CRISPR a niveles avanzados, curar enfermedades, extender la vida y hasta curar la muerte parecen consecuencias lógicas. Después en logística nosotros estamos trabajando en la optimización de cadenas de suministros. La computación cuántica tiene poder, tiene la capacidad de procesar gran cantidad de datos y aparte darle poder probabilístico a una inteligencia artificial, o sea, modelar casi todos los escenarios posibles hacia delante y entender cuál es la mejor solución, con lo cual, en lo que es consumer goods y cadenas de abastecimiento, el impacto va a ser grande. En las finanzas, por ejemplo, también: desde modelar portafolios, entendiendo la mejor combinación de activos en esos portafolios y lo mismo en modelos de riesgo superavanzados e inteligentes es algo que va a pasar”.

/q99 es una startup argentina centrada en la investigación y el desarrollo aplicado, que se especializa en la convergencia entre la IA y la Computación Cuántica y recientemente fue seleccionada por NVIDIA para sumarse a su exclusivo Inception Program.

Seguro e inseguro… al mismo tiempo

Una de las principales ocupaciones y preocupaciones de los expertos en computación cuántica —y de los no tan expertos también— es la ciberseguridad. En esa eterna batalla entre crear un mecanismo invulnerable y crear luego el que lo vulnera, la computación cuántica se espera que juegue un rol fundamental.
La palabra clave, por el momento, es criptografía poscuántica.

Para Díaz, “el sistema de encriptación RSA, que es el estándar que usamos, es fácil y lógicamente desincriptable desde con cierto poder computacional cuántico al igual que los accesos. Esto representa un peligro si está en manos incorrectas y puede generar problemas, a pesar de su enorme potencial”.

“La seguridad informática deberá replantearse varios paradigmas vigentes dada la nueva capacidad de procesamiento para encontrar y vulnerar sistemas señala Gugliotta”.

Alguien particularmente interesado en el tema es Rafael Mattje, Líder de Soluciones de Arquitectura para AWS en la región SOLA -a quien ya conocimos en una nota anterior-, que expresa, en clarísimo portuñol: “Un punto de preocupación bastante grande con quantum computing que es el tema de la criptografía. Para encriptar se usa una llave y para descifrar cuál es la llave que fue utilizada para encriptar una información, se pueden utilizar simulaciones o lo que llamamos fuerza bruta o haciendo experimentos y experimentos. Y la computación cuántica acelera eso de una forma exponencial. Por eso algo que muchas organizaciones están haciendo es invertir muy fuerte en la investigación del post quantum computing. Nos preparamos para tener algoritmos de descifrado que van a nacer seguros”.

El observador y lo observado

Pero a diferencia de las anteriores, que están todavía en etapa de investigación, AWS ya está produciendo.
Por un lado, a través de la iniciativa Braket. Según su documentación, “Amazon Braket proporciona acceso bajo demanda a dispositivos de informática cuántica, incluidos simuladores de circuitos bajo demanda y diferentes tipos de QPU. En Amazon Braket, la solicitud atómica a un dispositivo es una tarea cuántica. En el caso de los dispositivos de CC basados en compuertas, esta solicitud incluye el circuito cuántico (incluidas las instrucciones de medición y el número de disparos) y otros metadatos de la solicitud. Para los simuladores hamiltonianos analógicos, la tarea cuántica contiene la disposición física del registro cuántico y la dependencia temporal y espacial de los campos de manipulación”.

En criollo, si necesitás hacer un trabajo que requiera computación cuántica —creación de algoritmos, simulaciones, operaciones matemáticas complejas, etc.— Braket te ofrece el punto de entrada. Mattje lo describe de esta manera: “Lo que hace este servicio Bracket es que tú puedes crear los algoritmos cuánticos, simular esos algoritmos en un cómputo tradicional y una vez que tú tengas esas simulaciones hechas, puedes ejecutar esas simulaciones en computadoras cuánticas reales y ahí las proveemos de distintos proveedores”.

Si embargo, el ejecutivo aclara: “Donde hay un potencial muy grande, es en la mejora de la previsión del clima; hay un montón de aplicaciones, principalmente esas en que se requiere mucho esfuerzo y mucha capacidad de cómputo para distintas simulaciones. Entonces, creación de nuevos productos farmacéuticos, creación de nuevos materiales. Por ejemplo, en la industria de Oil and Gas. Proyectos que tengan que ver con negocios o proyectos que estén trayéndole valor real al negocio hoy no hay”.

Uno de los obstáculos más grandes que hay en este momento en la computación cuántica es la corrección de errores y todos están trabajando para paliar este problema, cada uno a su manera. AWS está desarrollando Ocelot; IBM tiene a Heron y Google a Willow. Microsoft, en otro plano, está trabajando más en la tecnología en sí, en un proyecto llamado Majorana, basado en lo que llama qubits topológicos.

O sea, hay mucho más para hablar sobre informática cuántica, mucho para relatar, bastante en investigación científica, muy poco o nada en negocios. Pero será en otro artículo.

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