En el vídeo de hoy vamos a desmontar 5 mitos clásicos de la computación cuántica. 5 cosas relacionadas con la computación cuántica que descubrirás en este vídeo que no son como realmente creías, o te han hecho creer.
Por ejemplo: Los ordenadores cuánticos se han popularizado por su capacidad de resolver cálculos en poco tiempo que tardaríamos siglos con los ordenadores convencionales, pero, significa esto que los ordenadores cuánticos son por lo tanto astronómicamente más rápidos que los ordenadores convencionales? Lo veremos.
El entrelazamiento cuántico, un fenómeno que juega un papel clave en la computación cuántica y que a menudo se describe como la influencia que ejerce una partícula instantáneamente en el estado de otra, incluso si están separadas físicamente, incluso si están a miles de años luz de distancia, pero, significa esto que las partículas cuánticas entrelazadas se comunican instantáneamente entre sí? Lo veremos.
Luego, se pueden minar bitcoins con un ordenador cuántico de manera más eficiente que con cualquier otro hardware? Eh? que sabes de esto?
Y que sabes del gato de Schrodinger, una de las paradojas contemporáneas más populares, pero, estuvo realmente vivo y muerto a la vez? Es posible esto?
Y por último: Sustituirán los ordenadores cuánticos a los ordenadores convencionales? Acabaremos teniendo todos ordenadores cuánticos? Móviles cuánticos? Que se cuece con esta nueva tecnología exactamente?
Para dar respuesta a todos estos mitos me gustaría presentaros a Samuel Fernández, que es doctor en física cuántica y trabaja desde hace años en el campo de la computación cuántica, por lo que es todo un lujo contar con su opinión. De hecho, Samuel tiene una empresa que se inspira en la naturaleza de los circuitos cuánticos para plantear soluciones software, súper interesante, y de ahí su nombre: Inspiration-Q. Os dejo el enlace de su página web en la descripción. Es súper interesante lo que hacen en Inspiration-Q, pero mejor que os lo cuente él mismo:
Samuel: Muchas gracias Antonio, ¡un gustazo hablar contigo y derribar unos cuantos mitos! Efectivamente, Inspiration-Q está especializada en desarrollar soluciones cuánticamente inspiradas: algoritmos basados en la manera de programar un computador cuántico, pero que se ejecutan en ordenadores normales. Lo interesante es que para muchos problemas nos ofrecen las ventajas prometidas de los ordenadores cuánticos; ventajas que podemos disfrutar ya mismo. Y os invito a todos a que nos sigáis por redes sociales, que tenemos muchas sorpresas en camino.
Bueno, empecemos
Mito #1
¿Son los ordenadores cuánticos más rápidos que los ordenadores convencionales?
Seguramente habrás oído lo que es la supremacía cuántica, que es la capacidad de los ordenadores cuánticos de resolver cálculos que son inviables en los ordenadores convencionales ya que tardaríamos siglos en realizar esos mismos cálculos, y por esto mismo se está popularizando tanto la computación cuántica.
Entonces, a simple vista nadie dudaría que son máquinas muchísimo más rápidas que los ordenadores convencionales, por lo menos para realizar calculos, verdad? Pero, es esto realmente así?
Samuel: No necesariamente tienen que ser más rápidos para todo. Piensa que la frecuencia de reloj de los computadores actuales es de gigahercios, mientras que un ordenador cuántico actual se mueve en los megahercios. Dicho de otro modo, cada operación matemática individual es mil veces más rápida en un ordenador normal que en uno cuántico.
Hay algoritmos cuánticos famosos, como el de Grover, en los que la aceleración que se consigue seguramente no sea de utilidad práctica por ahora: la aceleración que ganas con el algoritmo, la pierdes en esa lenta ejecución que comentaba.
En otros problemas, la aceleración que consigues con un ordenador cuántico la podemos imitar con los algoritmos cuánticamente inspirados, que ya os he explicado que funcionan en ordenadores convencionales.
Mito #2
El entrelazamiento cuántico juega un papel fundamental en la potencia de cálculo en los ordenadores cuánticos. Sin este fenómeno, los ordenadores cuánticos no podrían realizar la mayor parte de los algoritmos cuánticos que los hacen tan potentes calculando cosas que hasta ahora eran inviables computacionalmente.
Este fenómeno es comúnmente descrito como la capacidad de una partícula de influir instantáneamente en el estado de otra, incluso si están separadas físicamente, incluso si están a miles de años luz de distancia. De hecho este fenómeno lo llamó Einstein acción fantasmagórica a distancia.
Pero, esto quiere decir que dos partículas entrelazadas se comunican entre sí?
Samuel: ¡Uno de los mitos clásicos! La información no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Esto es lo que nos dice la teoría de la relatividad especial de Einstein, y la mecánica cuántica no se escapa a este principio.
El entrelazamiento cuántico no dice nada acerca de que las partículas se comuniquen, sólo que están íntimamente relacionadas. Están tan relacionadas, que de hecho debemos considerarlas como un todo en vez de como objetos separados. Y esto es algo que choca con nuestra experiencia cotidiana.
Esta es la cualidad es la más importante de todas a la hora de construir ordenadores cuánticos. Es, digamos, el ingrediente secreto de su potencia de cálculo.
Mito #3
Minar bitcoins en definitiva es buscar números, uno detrás de otro, hasta dar con uno que, junto con la información contenida en un bloque de transacciones produzca un hash que cumpla la peculiaridad de contener un número seguido de ceros al principio. En mi vídeo “programé una criptomoneda en 5 minutos” explico con detalle cómo funciona la minería de bitcoins, os dejo el enlace en la descripción.
Y cuando se trata de buscar números, en computación cuántica contamos con un pedazo de algoritmo llamado Grover que acelera las búsquedas drásticamente. Para que os hagáis una idea, si queremos buscar un número entre 10.000 tenemos una posibilidad entre 10.000 de acertar, con lo que en el peor de los casos tendríamos que hacer 10.000 intentonas hasta adivinar el número, que ya sería mala suerte. Con Grover el número de intentonas máximo bajaría a raíz de 10.000, es decir, 100 intentonas. De igual manera, como minar bitcoins es buscar un número entre muchos millones de trillones de petallones, se puede pensar que con Grover podríamos acelerar drásticamente el proceso, pero, que hay de verdad en esto? se puede realmente minar bitcoins de forma más eficiente con un ordenador cuántico?
Samuel: Actualmente no, pero en un futuro...es posible. Hay estudios teóricos que hablan de una potencial ventaja a la hora de minar sobre los ordenadores usados para el minado. Pero por ahora es todo teórico. Dependerá mucho de lo rápido que mejore el hardware cuántico en los próximos años. También depende de la dificultad de la red blockchain; Ethereum es un objetivo más factible que Bitcoin.
Otra pregunta relevante es si resultaría rentable. Una gran ventaja de la computación cuántica es que es muy eficiente energéticamente, y ya sabemos el gran consumo de electricidad que requiere el minado. Pero en cualquier caso habrá que ver como evoluciona el coste de acceso a un ordenador cuántico suficientemente potente (y del valor de las criptomonedas ¡claro!)
Mito #4
Como decía al principio del vídeo, una de las paradojas más famosas propuesta por el físico austriaco-irlandés Schrodinger cuenta el curioso fenómeno de un gato que está en el interior de una caja junto a un matraz de veneno y un dispositivo con una partícula radiactiva.
Si el dispositivo detecta radiación romperá el frasco liberando el veneno que mata al gato, pero en caso contrario no romperá el frasco y el gato seguirá vivo.
El problema es que en el mundo de las partículas, ambas situaciones se pueden dar de forma simultánea, gracias a un fenómeno llamado superposición. Y por lo tanto, si el mecanismo que libera el veneno depende de una partícula en superposición, parece lógico pensar que se haya accionado y no al mismo tiempo, desdoblando la realidad en dos versiones simultáneas. En una el gato seguirá vivo y en la otra muerto, y esto sucederá a la vez.
Pero, realmente el gato de Schrodinger estuvo vivo y muerto a la vez?
Samuel: ¡Claro que no! Esta es una frase que no paro de ver repetida en cualquier artículo o noticia de divulgación sobre cuántica, como cuando dicen que una partícula cuántica está en varios sitios al mismo tiempo. Se ha convertido casi en un meme. ¿Qué sentido tiene que algo esté en dos sitios o estados a la vez? Ninguno
La frase nos impacta porque choca frontalmente con ese principio aristotélico que todos tenemos arraigados: el principio de no-contradicción, que dice que nada puede ser y no ser al mismo tiempo.
Lo que es más ajustado a la mecánica cuántica es que el gato no está ni vivo ni muerto; en otras palabras, la naturaleza todavía no ha tomado una decisión al respecto. Esta afirmación no choca con el principio de no-contradicción.
Como anécdota, os contaré que mis alumnos en la universidad siguen repitiendo esta idea falsa y fallando en los tests, a pesar que se lo reitere una y otra vez. Así que atentos, ¡el gato es un meme falso!
Mito #5
¿Acabarán sustituyendo los ordenadores cuánticos a los ordenadores convencionales?
Si los ordenadores cuántico son una tecnología superior, entendiendo por superior a más potente realizando cálculos de todo tipo, y la informática se basa en el fondo en la realización de cálculos, entonces, acabarán imponiéndose los ordenadores cuánticos en el futuro? Dejaremos de usar ordenadores convencionales cuando la informática cuántica se abarate lo suficiente como para que merezca la pena la adquisición de un ordenador cuántico doméstico?
Samuel: Ni mucho menos. Los ordenadores cuánticos son frágiles y caros, y para muchas tareas sería como matar moscas a cañonazos; un desperdicio de recursos. Es muy ingenuo pensar que vamos a acelerar cualquier tarea usando un ordenador cuántico. La realidad es que no es tan fácil.
Creo que una manera adecuada de situar a un ordenador cuántico sería compararlo como una GPU; un hardware que nos va a permitir acelerar algunas tareas concretas y muy exigentes. Sin una GPU hoy en día sería imposible algunas aplicaciones avanzadas de redes neuronales profundas en inteligencia artificial. Seguramente ocurra lo mismo en el futuro con otras tareas que sean imposibles sin un ordenador cuántico.
Por todas estas razones tampoco deberíamos esperar ver ordenadores cuánticos de sobremesa. La computación cuántica ha nacido en la nube, y seguramente se quedará en ella.
Así es como lo veo yo también. Los ordenadores cuánticos tienen un papel definido y acotado dentro del mundo de la computación, igual que las aceleradoras gráficas que me parece un ejemplo muy bueno. Por ello vienen para complementar, para mejorar, y no para sustituir a los ordenadores convencionales. De hecho, muchos de los algoritmos que existen en computación cuántica, como el algoritmo de Shor, son algoritmos híbridos que la mitad se ejecuta en un ordenador convencional, y la otra mitad en un ordenador cuántico, y juntos son capaces de resolver uno de los grandes problemas de las matemáticas de todos los tiempos.
Bueno, pues hasta aquí el vídeo de hoy. Espero que haya sigo suficientemente dilucilador, ya que el terreno cuántico es probablemente uno de los campos más atractivos que existe de la física porque sus aplicaciones prácticas suponen grandes avances para la humanidad, entre ellas la computación cuántica.
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