¿Supremacía cuántica?

Oblea del D-Wave Quantum Computer.
Por Steve Jurvetson from Menlo Park, USA

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Desde hace unas décadas se viene hablando de computadoras cuánticas, que trabajarían con cúbits (bits cuánticos) en vez de bits, y realizarían ciertas operaciones mucho más deprisa que los ordenadores ordinarios.

Desde los años treinta del siglo XX se sabe que los ordenadores cuánticos no son capaces de resolver problemas que no puedan ser resueltos por los ordenadores ordinarios. Esos problemas se llaman no computables. Lo que sí podrían hacer, en principio, es resolver ciertos problemas (no todos) mucho más deprisa que los ordenadores ordinarios. Esa velocidad mucho mayor, que en algunos casos podría ser enorme, es lo que se llama supremacía cuántica.

Pongamos un ejemplo: sabemos que la descomposición de un número compuesto en sus factores primos puede ser bastante difícil. Es trivial si los factores son pequeños, pero si el número compuesto se ha formado multiplicando dos números primos de 100 cifras cada uno (por ejemplo) es casi imposible descomponerlo, si sólo conocemos el número compuesto y no sabemos cuáles son los dos primos que se multiplicaron para obtenerlo.

Esto se aprovecha para conseguir conexiones de Internet seguras, que utilizan una clave pública, que todo el mundo puede usar para enviar mensajes a su propietario, y una clave privada, que es la única que puede descifrar el mensaje enviado. La clave pública depende del número compuesto, pero para deducir de ella la clave privada es preciso conocer los dos números primos de los que se obtuvo. Cuando los números son muy grandes, es casi imposible que quien no conozca la clave privada consiga descifrar el mensaje cifrado con la clave pública, incluso utilizando los ordenadores ordinarios más potentes que existen. Este algoritmo de cifrado se llama RSA por las iniciales de sus inventores, que lo publicaron en 1979.

Pues bien, con una computadora cuántica que disponga de un número suficiente de cúbits, sería posible descifrar un mensaje cifrado con el algoritmo RSA en un tiempo razonable. Esto podría tener consecuencias desfavorables, pues las claves que utilizamos en Internet quedarían obsoletas, al ser fácilmente descifrables. Habría que buscar otras, probablemente basadas también en la mecánica cuántica.

Aunque la supremacía cuántica ha sido anunciada desde hace tiempo, hasta ahora nadie había demostrado que fuese cierta. De hecho, hay algunos teóricos que sostienen que quizá dicha supremacía no exista, porque al aumentar el número de cúbits con los que trabaja, la velocidad de la computadora cuántica podría disminuir. Por esa razón hay varias empresas tratando de demostrarla, para lo cuál hay que hacer lo siguiente:

• Construir un computador cuántico con un número suficiente de cúbits.
• Ejecutar sobre él un algoritmo cuántico que resuelva cierto problema y medir el tiempo que tarda.
• Resolver el mismo problema con una computadora ordinaria.
• Comparar los tiempos de cálculo respectivos, para ver si la computadora cuántica tarda mucho menos que la computadora ordinaria.

En los últimos meses ha saltado a los medios una posible demostración de la supremacía cuántica realizada por la empresa Google. La computadora cuántica utilizada (que tiene 53 cúbits) realizó una operación que no tiene ninguna aplicación práctica, pero que ha sido especialmente seleccionada para distinguir la computación cuántica de la clásica. La operación se llama muestreo aleatorio de un circuito y consiste en realizar operaciones aleatorias sobre los cúbits y después medir sus valores, que al final del proceso resultan ser casi aleatorios, pero no del todo.

Según los investigadores de Google, para resolver este problema el super-ordenador clásico más rápido del mundo emplearía unos 10.000 años. La computadora cuántica, sin embargo, empleó poco más de tres minutos. La supremacía cuántica habría quedado demostrada.

Sin embargo, las cosas no están tan claras. Uno de los principales competidores de Google en el campo de la computación cuántica, la empresa IBM, que también fabrica super-ordenadores clásicos, sostiene que la resolución de ese problema en un super-ordenador clásico sólo tardaría unas 60 horas. La computadora cuántica sería más rápida, sí, pero la diferencia sería mucho menor de lo que sostiene Google.

¿A qué se debe la discrepancia? A que ninguna de las dos empresas ha realizado el experimento en cuestión sobre una computadora ordinaria. Simplemente han estimado cuánto tardarían en realizarlo a base de cálculos y simulaciones. Los resultados obtenidos son, por lo tanto, discutibles (y discutidos). En consecuencia, la cuestión de la supremacía cuántica sigue sin resolverse.

Por otra parte, algunos investigadores piensan que la cuestión de la supremacía cuántica es irrelevante. Lo que importa es conseguir que las computadoras cuánticas sean estables (pocos intentos realizados hasta ahora lo han sido) y que puedan funcionar en condiciones un poco más normales que las proximidades del cero absoluto (necesitan circuitos superconductores). Según estos investigadores, los esfuerzos deberían dirigirse a conseguir estos objetivos, más que a demostrar una supremacía cuántica que, después de todo, sigue siendo hipotética.

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Manuel Alfonseca

Publicado el 11 de febrero de 2020 en El Debate de Hoy