VENTAJA CUÁNTICA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

A finales de 2019 y principios de 2020 se publicaba un artículo en Nature, según la cual Google afirmaba haber alcanzado la supremacía cuántica. Al poco, IBM lo desmentía en un artículo alternativo. Se trataba de que se postulaba haber logrado que un ordenador cuántico había llevado a cabo una operación para la que un ordenador convencional invertiría miles de años en completarla. Terreno este, proceloso, en que se ha convertido la computación cuántica, toda vez que ha quedado la carrera limitarse a esferas privadas, en las que impera el carácter comercial del intento. Los investigadores de Google emplearon un ordenador cuántico de 53 qubits, logrados con circuitos superconductores que funcionan a temperaturas ultrafrías que aplicaron al problema de generar espacios cuánticos de 53 qubits y que comparaban tres minutos 20 segundos de cálculo que tardaría SYCAMORE, con 10000 años el supercomputador SUMMIT de la NASA, que es el que suelen emplear como referencia. Y creían haber evidenciado la ventaja cuántica. Pero, desde IBM se desveló que ese mismo problema, haciendo uso de los superconductores actuales, disponían de un algoritmo clásico para el que se empleaban 2,5 días en alcanzar el resultado final de Google.

Ahora, a primeros de este mes de diciembre. desde China, se anuncia que con un ordenador fotónico han evidenciado la “ventaja cuántica” (el cambio de denominación es importante, porque ya no es supremacía, sino el más comedido de ventaja cuántica el que ha irrumpido en la escena) en un cálculo que sería muy lento en un ordenador convencional. Traduciendo esta proporción en términos comprensibles, se trata de un cálculo para el que el ordenador fotónico empleó unos minutos y para el que un supercomputador actual necesitaría hasta la mitad de la edad de la Tierra para realizarlo.

Cuando se habla de computación cuántica, generalmente se refiere el algoritmo de Shor, que permite resolver la descomposición de un número en sus factores primos con una dependencia del tiempo de cálculo polinómica en relación al valor creciente del número, mientras que en un ordenador convencional la función del tiempo con el tamaño del número es exponencial. Aquí reside la clave de los actuales sistemas de encriptación, que tendrán que revisarse cuando los ordenadores cuánticos sean asequibles, ya que la protección actual se basa en la imposibilidad de des-encriptar en tiempo real con los actuales ordenadores. Y otro algoritmo típico de ensayos en ordenadores cuánticos, es el denominado temple cuántico, que consiste en encontrar valores mínimos de funciones, de aplicación en inteligencia artificial y en el enorme campo del aprendizaje autónomo, con incidencia en medicina, química molecular, algoritmos de búsqueda rápidos, como el de Groove, etc.

Ahora, en el ordenador fotónico de la Universidad de Ciencia y Tecnología china de Hefei, se incorpora a la escena el problema del muestreo de bosones, que se revela como una aplicación genuina para evidenciar la ventaja cuántica, al margen de que tiene aplicaciones tanto en aprendizaje autónomo como en química cuántica. Consiste en calcular la probabilidad de distribución de bosones, que responde a una ecuación de muchas variables. Es un problema de dificultad P. La virtualidad de este problema es que se ha demostrado que, para varias decenas de bosones, no hay posibilidad de simplificación del cálculo. Un ordenador cuántico fotónico, a temperatura ambiente, permite simular el escenario cuántico directamente, al ser bosones los propios fotones. Se les deja que interfieran y las distribuciones que se originan se muestrean. Emplean láseres para codificar la posición y la polarización de los fotones, resultado de estados fotónicos concretos. Se ponen en contacto estos estados, interfieren y se generan distribuciones que son resultados del cálculo de las mismas. La medida de la distribución se logra detectando fotones individuales con fotodetectores que soportan la codificación de los cálculos. En 200 segundos, obtuvieron las soluciones al muestreo de fotones. Estiman que un superordenador chino alternativo tardaría 2500 millones de años en encontrar la solución. Eso supone una ventaja cuántica que se cifra en 1014. ¡Ahora si parece que se logra la ventaja cuántica! Lo de la supremacía queda para más adelante. De momento.