Qué es la «supremacía cuántica»

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La supremacía cuántica es el momento en que un ordenador cuántico supera al mejor de los superordenadores convencionales resolviendo cierto tipo de problema.

– Dominic Walliman

Dicen que ese momento está a punto de llegar. O incluso que ya ha llegado.

Para entender mejor el concepto y de paso repasar algo sobre qué es la computación cuántica nada mejor que este vídeo de Domain of Science, Dominic Walliman (al que recordamos por pósteres como El mapa de la física, El mapa de las matemáticas, El mapa de la informática). Es instructivo y bastante completo, aunque hace primar que los conceptos se entiendan a la precisión técnica.

Las computadoras cuánticas manejan qubits (o cúbits). Mientras que los ordenadores convencionales manipulan bits con los valores 0 o 1, los qubits pueden encontrarse en ambos estados simultáneamente. Es lo que se llama superposición en mecánica cuántica.

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Como ya sabemos en la mecánica cuántica suceden cosas extrañas y además de la superposición los qubits también tiene la propiedad del entrelazamiento cuántico. Los qubits entrelazados pueden tratarse en la computadora cuántica como un solo objeto y por tanto mientras están en superposición se puede considerar que contienen todas las combinaciones posibles a la vez, que se convierten en estados «tangibles» cuando se realiza el acto de medirlos.

Todo esto hace que cada vez que aumenta el número de qubits que maneja un ordenador cuántico se duplique el número de estados posibles que puede examinar. Por eso la progresión histórica de estas computadoras parece un tanto nimia aunque para nada lo es: 2, 5, 7, 12 qubits… En realidad son capacidades de 22, 25, 27 y 212estados simultáneos, mientras que un ordenador convencional con esos mismos 212 bits solo podría estar en un estado a cada instante.

¿En qué punto está la tecnología actualmente? El récord actual del ordenador cuántico de Google son 72 qubits (272 estados) lo cual es una enormidad difícil de apreciar. Por eso se cree que pueda superar pronto a los superordenadores convencionales. Si no lo ha hecho ya «algún ordenador cuántico oculto que haya por ahí» como decía alguien. Walliman explica en el vídeo los tipos de ordenador cuántico distintos que hay y qué compañías están implicadas.

Irónicamente, el problema que deben resolver los ordenadores cuánticos para «demostrar su supremacía» no sirve absolutamente para nada, no tiene aplicación práctica. Se llama problema de muestreo y tiene que ver con distribuciones matemáticas: resulta «fácil» para los ordenadores cuánticos pero exponencialmente difícil a medida que crece para los ordenadores convencionales. IBM tiene un superordenador convencional que puede simular un ordenador cuántico de 56 bits (sí: se puede hacer), de modo que más o menos «esa es la cifra a batir», según Walliman.

Si un ordenador cuántico pudiera resolver ese problema y el mayor de los superordenadores convencionales no se consideraría alcanzada esa supremacía cuántica. No está del todo claro si el número de qubits puede seguir creciendo y creciendo sin fin (y hay diversas variantes y tecnologías, cada cual con sus limitaciones), por los problemas de la decoherencia cuántica y otros tipos de «ruido» que puedan marcar cierto límite todavía no explorado. Pero se sigue avanzando.

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