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La computación cuántica es el futuro y la Ley Moore aún no ha muerto

  • Opinión

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En 1965, Gordon Moore, cofundador de Intel (principal fabricante de microprocesadores y semiconductores del mundo) enunció la ley que lleva su nombre y que ha guiado la computación hasta hoy. En 2013, Dave Wineland, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EEUU, compartió el Premio Nobel de Física en parte por su trabajo en computación cuántica. En enero de 2019, el CEO de Nvidia, competidor de Intel, Jensen Huang afirmó que la muerte de "la ley Moore".

Tribuna de opinión de Jorge Díaz-Cardiel, socio director de Advice Strategic Consultants

En agosto de 2019, la NASA publicó un documento en su web, firmado por Eleanor G. Rieffel (NASA Ames Research Center) y realizado por ingenieros de Google, titulado: “Supremacía cuántica utilizando un procesador superconductor programable”. El documento fue retirado por la NASA enseguida -basta visitar su página web y no encontrarlo, no existe y la NASA dice no saber nada de ese documento-, pero en las horas en que estuvo “colgado” el documento, un empresario y candidato demócrata a la presidencia de EEUU, Andrew Jang, Financial Times y una tercera persona tuvimos acceso al mismo y puedes acceder a él aquí. En resumen, el documento anunciaba la muerte de la ley Moore y la sustitución de la computación tradicional por la cuántica. Una tarea que, los ordenadores basados en computación cuántica hacen en 200 segundos, llevaría a los más grandes superordenadores del planeta a hacer lo mismo en 10.000 millones de años. Si así fuera, estaríamos ante una revolución sin precedentes que aceleraría, de aplicarse comercialmente, por ejemplo, a las finanzas, la sanidad, la economía, la estadística, la investigación, la educación a multiplicar exponencialmente por “n” el ritmo de la transformación digital.

No ya Intel y AMD, sino Apple, Microsoft, Google, Amazon, Cisco, Sage, SAS, SAP, Oracle, IBM, HP, HPE…, todo el sector tecnológico y digital se vería trastocado, por utilizar un eufemismo. Empezaré por decir que la Ley Moore “afecta a la computación tradicional, vinculada a la Digitalización”. La Computación cuántica se mueve en otro terreno de la realidad, el de la física. Por eso, al principio mencioné a Gordon Moore (computación tradicional que hace, por ejemplo que los teléfonos de Samsung o Apple sean asequibles en precio) y a Dave Wineland, premio nobel de Física por sus trabajos en computación cuántica. Ni que decir tiene, tanto una computación como la otra necesitan de redes muy fuertes y sólidas y, por eso, el presidente de Telefónica, José María Álvarez-Pallete, en una reunión con analistas de mercado el mes de junio habló de la necesidad de la red (5G, 6G) como elemento imprescindible para hacer realidad la computación cuántica.

El documento de la NASA elaborado por “Google Artificial Intelligence Quantum y colaboradores”  empieza así:

La tentadora promesa de las computadoras cuánticas es que ciertas tareas computacionales podrían ser ejecutadas exponencialmente más rápidas en un procesador cuántico que en un procesador clásico. Un desafío fundamental es construir un procesador de alta fidelidad capaz de ejecutar algoritmos cuánticos en un espacio computacional exponencialmente grande. Aquí, informamos el uso de un procesador programable qubits -superconductores para crear estados cuánticos en 53 qubits-, ocupando un espacio de estado 253 × 1016 . Las mediciones de experimentos repetidos muestrean la distribución de probabilidad correspondiente, que verificamos utilizando simulaciones clásicas. Mientras que nuestro procesador tarda unos 200 segundos en probar una instancia del circuito cuántico 1 millón de veces, una supercomputadora de última generación requeriría aproximadamente 10,000 años para realizar la tarea equivalente. Esta aceleración tremenda en relación con todos los algoritmos clásicos conocidos, proporciona una realización experimental de la supremacía cuántica en una tarea computacional y anuncia el advenimiento de un paradigma informático muy esperado”.

Volvamos a los orígenes. El cofundador de Intel, Gordon Moore, en 1965 predijo una cadencia constante de dos años de mejoras en el chip, que duplicaría el rendimiento de un procesador cada 18 meses. La Ley de Moore se convirtió en una guía para la fabricación de procesadores de computadoras; en una definición abreviada de innovación a intervalos regulares, y se ha convertido en una profecía autocumplida que impulsa la industria de la tecnología. Esas mejoras regulares en iPhones, teléfonos inteligentes Samsung Galaxy y otros dispositivos son posibles gracias a la Ley de Moore que. Al describir la forma en que el poder de procesamiento de las computadoras digitales tradicionales, ha tendido a duplicarse aproximadamente cada dos años, creando lo que llamamos crecimiento exponencial. Llamada así por el cofundador de Intel, Gordon Moore, la ley describe con mayor precisión la tasa de aumento en la cantidad de transistores que se pueden integrar en un microchip de silicio.

Pero las computadoras cuánticas están diseñadas de una manera muy diferente en torno a las leyes de la física cuántica. Y así, la Ley de Moore no se aplica. Aquí es donde entra en juego la Ley de Neven. Establece que el poder de la computación cuántica está experimentando un "crecimiento doblemente exponencial en comparación con la computación convencional". Esto es lo que la supremacía cuántica significa y no significa para la informática.

Según el informe, Google demostró (a la NASA) por primera vez, que una computadora cuántica es capaz de realizar una tarea que está más allá del alcance de la supercomputadora convencional más poderosa en cualquier período de tiempo práctico, un hito conocido en el mundo de la informática como "supremacía cuántica".

Este término fue acuñado por el físico teórico John Preskill en 2012, evoca una imagen de máquinas que mandan sobre otras computadoras. Y la noticia ya ha producido algunos titulares extravagantes, como uno que gritaba: "¡La supremacía cuántica de Google hará que se rompan todas las criptografías y los secretos militares!" Los políticas también han quedado atrapados en la histeria: Andrew Yang , un candidato presidencial demócrata, tuiteó que "Google logre la computación cuántica es un gran problema. Significa, entre muchas otras cosas, que ningún código es indescifrable ". En otras palabras, como publicamos hace años en IT User, toda la industria tecnológica y digital norteamericana, cuyo principal cliente es el Departamento de Defensa, sería totalmente vulnerable. Y esto ya es cuestión muy seria de Seguridad Nacional.

No significa eso en absoluto. El logro de Google es significativo, pero las computadoras cuánticas no se han convertido de repente en colosos informáticos que dejarán a las máquinas convencionales en el polvo. Tampoco destruirán la criptografía convencional en el futuro cercano, aunque a más largo plazo, podrían representar una amenaza que debemos comenzar a preparar por ahora. Veamos aquí lo que Google parece haber logrado, y un antídoto para la exageración que rodea la supremacía cuántica.

Primero, todavía no hemos recibido confirmación de Google sobre lo que ha hecho. La información sobre el experimento proviene de un documento titulado "Supremacía cuántica usando un procesador superconductor programable", que se publicó brevemente en la web de la NASA antes de ser retirado con urgencia. Su existencia fue revelada en un informe en el Financial Times y puedes descargartelo aquí. 

El experimento es bastante arcano, pero requirió una gran cantidad de esfuerzo computacional. El equipo de Google usó un procesador cuántico llamado Sycamore para demostrar que las cifras generadas por un generador de números aleatorios eran verdaderamente aleatorias. Luego calcularon cuánto tiempo le tomaría a Summit, la supercomputadora más poderosa del mundo, hacer la misma tarea. La diferencia fue sorprendente: mientras que la máquina cuántica lo hizo en 200 segundos, los investigadores estimaron que la computadora clásica necesitaría 10,000 años.

Google ha calificado su “experimento” como un logro monumental ya que una máquina cuántica puede superar incluso a las supercomputadoras más poderosas de la actualidad. "Ahora hay menos dudas de que las computadoras cuánticas pueden ser el futuro de la computación de alto rendimiento", dijo Google. ¿Por qué las computadoras cuánticas son mucho más rápidas que las clásicas?

En una computadora clásica, los bits que transportan información representan un 1 o un 0; pero los bits cuánticos, o qubits, que toman la forma de partículas subatómicas como los fotones y los electrones, pueden estar en una especie de combinación de 1 y 0 al mismo tiempo, un estado conocido como "superposición". A diferencia de los bits, los qubits también pueden influirse mutuamente a través de un fenómeno conocido como "enredo", que desconcertó incluso a Einstein, quien lo llamó "acción espeluznante a distancia".

Gracias a estas propiedades, agregar solo unos pocos qubits adicionales a un sistema, aumenta su poder de procesamiento exponencialmente. De manera crucial, las máquinas cuánticas pueden procesar grandes cantidades de datos en paralelo, lo que les ayuda a superar a las máquinas clásicas que procesan datos secuencialmente. Esa es la teoría. En la práctica, los investigadores han estado trabajando durante años para demostrar de manera concluyente que una computadora cuántica puede hacer algo que incluso la más convencional computadora no puede hacer. El esfuerzo de Google tiene nombre humano: el investigador jefe del proyecto se llama John Martinis, quien ha realizado un trabajo pionero en el uso de circuitos superconductores para generar qubits.

¿No significa esta aceleración que las máquinas cuánticas pueden superar a otras computadoras ahora? No. Google eligió una tarea muy estrecha, demasiado concreta. Las computadoras cuánticas aún tienen un largo camino por recorrer antes de que puedan superar las clásicas en la mayoría de las cosas, y es posible que nunca lleguen allí. Pero los investigadores con los que he hablado desde que el artículo apareció online dicen que el experimento de Google sigue siendo significativo, porque durante mucho tiempo ha habido dudas de que las máquinas cuánticas, alguna vez, puedan superar a las computadoras clásicas en cualquier cosa.

Hasta ahora, los grupos de investigación han podido reproducir los resultados de máquinas cuánticas con alrededor de 40 qubits en sistemas clásicos. El procesador Sycamore de Google, que aprovechó 53 qubits para el experimento, sugiere que tal emulación ha alcanzado sus límites. "Estamos entrando en una era en la que explorar lo que puede hacer una computadora cuántica ahora requerirá una computadora cuántica física ... Ya no podrá reproducir de manera creíble los resultados en un emulador convencional", explica en el documento interno un investigador cuántico de Google.

¿Es cierto lo que dijo Andrew Yang sobre que nuestras defensas criptográficas ahora pueden ser destruidas? De nuevo, no. Eso es una exageración salvaje. El documento de Google deja claro que, si bien su equipo ha sido capaz de mostrar la supremacía cuántica en una tarea de muestreo estrecha, todavía estamos muy lejos de desarrollar una computadora cuántica capaz de implementar el algoritmo de Shor, que se desarrolló en la década de 1990 para ayudar a las máquinas cuánticas a factorizar números masivos. Los métodos de encriptación más populares de hoy en día solo pueden romperse factorizando tales números, una tarea que llevaría a las máquinas convencionales muchos miles de años.

Pero esta brecha cuántica no debería ser motivo de complacencia, porque cosas como los registros financieros y de salud que se mantendrán durante décadas podrían volverse vulnerables a los piratas informáticos con una máquina capaz de ejecutar un algoritmo de descifrado de códigos como Shor’s. Los investigadores de la NASA y otras agencias del Gobierno de EEUU ya están trabajando arduamente en nuevos métodos de encriptación que podrán resistir tales ataques.

¿Por qué las computadoras cuánticas no son tan extraordinarias como la "supremacía cuántica" las hace parecer? La razón principal es que todavía cometen muchos más errores que los super ordenadores clásicos. El delicado estado cuántico de Qubits dura meras fracciones de segundo y puede ser fácilmente interrumpido por la más mínima vibración o un pequeño cambio de temperatura, un fenómeno conocido como "ruido", en el habla cuántica. Esto hace que los errores se cuelen en los cálculos. Los Qubits también tienen una tendencia similar a Tinder de querer emparejarse con muchos otros. Tal "diafonía" entre ellos también puede producir errores.

El memorandum de Google sugiere que ha encontrado una nueva forma de reducir la diafonía, lo que podría ayudar a allanar el camino para máquinas más fiables. Pero las computadoras cuánticas de hoy todavía se parecen a las primeras supercomputadoras en cuanto a la cantidad de hardware y complejidad necesaria para que funcionen, y solo pueden abordar situaciones muy esotéricas.

La computación no es el único tipo de procesamiento de información relevante para la sociedad que está mejorando exponencialmente. Dave Wineland, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, compartió el Premio Nobel de Física este año en parte por su trabajo en computación cuántica, pero también en parte por su uso de efectos cuánticos originales como el enredo para construir los relojes atómicos más precisos del mundo. Los relojes atómicos convencionales constituyen las entrañas del sistema de posicionamiento global. Los novedosos relojes de Wineland basados en técnicas de procesamiento de información cuántica tienen el potencial de hacer que el GPS sea miles de veces más preciso. No solo los relojes atómicos, sino que esencialmente todas las tecnologías de medición y control de precisión avanzan con su propia "ley personal de Moore". El resultado son desarrollos novedosos y sorprendentes en nanotecnología, dispositivos y procedimientos médicos y hardware personal, incluidas todas las formas conocidas de conexión a la Internet.

Es posible que, en algún momento -algún directivo muy importante de Apple ha sugerido el año 2024-  la ley de Moore tenga que dar paso a las computadoras cuánticas, pero ¿qué es lo que nos espera? ¿Qué es lo siguiente? Una de las buenas cosas de la Ley Moore es la predictibilidad para el sector tecnológico.

Otra cosa es que una nueva tecnología disruptiva está en el horizonte y promete llevar la potencia informática a alturas inimaginables y sin precedentes. Pero no mañana y, por eso, las declaraciones del CEO de Nvidia no me parecen creíbles, sino llenas de envidia… o de endivias, que también son muy ricas…

Para predecir la velocidad de progreso de esta nueva tecnología de "computación cuántica", el director de Quantum Artificial Intelligence Labs de Google, Hartmut Neven, ha propuesto una nueva regla similar a la Ley de Moore que ha medido el progreso de las computadoras durante más de 50 años.

Pero ¿podemos confiar en la "Ley de Neven" como una verdadera representación de lo que está sucediendo en la computación cuántica y, lo más importante, lo que vendrá en el futuro? ¿O es simplemente demasiado temprano en la carrera para llegar a este tipo de juicio?

A diferencia de las computadoras convencionales que almacenan datos como señales eléctricas que pueden tener uno de dos estados (1 o 0), las computadoras cuánticas pueden usar muchos sistemas físicos para almacenar datos, como electrones y fotones.

Estos pueden ser diseñados para codificar información en múltiples estados, lo que les permite hacer cálculos exponencialmente más rápido que las computadoras tradicionales.

La computación cuántica todavía está en su infancia, y nadie ha construido una computadora cuántica que pueda superar a las supercomputadoras convencionales. Pero, a pesar de cierto escepticismo, existe un entusiasmo generalizado sobre cuán rápido se pueda progresara partir de ahora.

Jorge Díaz-Cardiel. Socio director general de Advice Strategic Consultants. Economista, Sociólogo, Abogado, Historiador, Filósofo y Periodista. Ha sido Director General de Ipsos Public Affairs, Socio Director General de Brodeur Worldwide y de Porter Novelli International; director de ventas y marketing de Intel Corporation y Director de Relaciones con Inversores de Shandwick Consultants. Autor de miles de artículos de economía y relaciones internacionales, ha publicado una veintena de libros, sobre economía, innovación, digitalización y éxito empresarial. Es Premio Economía 1991