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Microsoft predice una espera de 5 años para el cómputo cuántico en Azure

Los expertos de la industria predicen que tomará 10 años para que la computación cuántica se haga realidad, pero Microsoft cree que tiene la ventaja en investigación, con sistemas, software y tecnología para llegar allí en cinco.

Microsoft está trabajando en una computadora cuántica que podría ser parte de la nube Azure dentro de cinco añ...

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La compañía afirma que está liderando el campo en un tipo de computación cuántica llamada qubit topológico, que según afirma es mucho menos propenso a errores que los sistemas rivales de qubit.

"Estamos muy cerca de descubrir un qubit topológico. Estamos trabajando en el proceso criogénico para controlarlo, y estamos trabajando en la nanoimpresión en 3D", dijo Todd Holmdahl, vicepresidente corporativo de Microsoft a cargo de la computación cuántica.

"Los competidores necesitarán conectar un millón de qubits, en comparación con los mil en nuestra máquina de computación cuántica. Se trata de calidad".

El beneficio de la computación cuántica, según Holmdahl, es que puede calcular mucho más rápido que las computadoras tradicionales.

"Tome el desafío RSA-2408", dijo. "Si tiene un número muy largo compuesto por dos factores primos, tomaría mil millones de años crackearlo en una computadora tradicional, pero con la computación cuántica, RSA-2408 se podría descifrar en 100 segundos".

Este poder de procesamiento acelerado se produce porque la computación cuántica cambia la forma en que se almacena la información. "Durante los últimos 4.500 años de almacenamiento de información, no ha cambiado mucho. En un transistor, almacenamos un valor de cero o uno. Con la computación cuántica, puede almacenar simultáneamente cero y uno", dijo Holmdahl.

Entonces, mientras que una computadora binaria clásica de 4 bits puede contener uno de los 16 posibles números binarios de 0000 a 1111 (cero a 15 en decimal), Holmdahl dijo que una computadora cuántica de 4 qubits podría contener todas las combinaciones de dígitos binarios entre 0000 y 1111 simultáneamente. Es la habilidad del qubit de mantener múltiples números simultáneamente lo que permite que las computadoras cuánticas ejecuten algoritmos exponencialmente más rápido que las computadoras binarias tradicionales.

Holmdahl dijo que este poder podría usarse en nuevas áreas de investigación, citando la química cuántica como ejemplo, donde podría usarse para identificar catalizadores químicos que pueden descomponer gases de efecto invernadero en la atmósfera de la Tierra o un catalizador para acelerar el ciclo del nitrógeno y producir fertilizantes más rápido y de una manera más eficiente de la energía.

"La computación cuántica es la tecnología de nuestra generación", dijo. "Cambiará el juego. Verá cursos en todas partes". Holmdahl dijo que era probable que las personas versadas en álgebra lineal encuentren más fácil programar computadoras cuánticas. "Las personas inmersas en el aprendizaje automático también lo encontrarán más fácil porque las matemáticas son similares", agregó.

Qubit topológico

La razón por la que Holmdahl cree que Microsoft tiene la ventaja en la computación cuántica se debe a que sus investigadores están cerca de descifrar lo que se conoce como un qubit topológico. También está desarrollando una arquitectura de sistema en el Instituto Niels Bohr en Copenhague, donde los qubits operan justo por encima del cero absoluto, a 30 milikelvin. El frío extremo minimiza la interferencia. Microsoft también ha creado un lenguaje de alto nivel Q# para Visual Studio, además está trabajando en un simulador de computadora cuántica, que se ejecutará localmente en una PC o en Azure.

El qubit topológico es la pieza central de los esfuerzos de Microsoft en la computación cuántica. El trabajo comenzó hace dos décadas en el centro de investigación teórica de Microsoft, cuando se unió el matemático Michael Freedman. Freedman es reconocido por su investigación en un campo de las matemáticas conocido como topología.

Según Microsoft, Freedman comenzó a impulsar la computación cuántica hace 12 años, respaldado por Craig Mundie, el director de investigación y estrategia de la compañía.

En ese momento, Mundie dijo que la computación cuántica estaba un poco deprimida. Aunque los físicos habían estado hablando de la posibilidad de construir computadoras cuánticas durante años, luchaban por crear un qubit funcional con la fidelidad suficiente como para ser útiles en la construcción de una computadora en funcionamiento.

De acuerdo con Holmdahl, los qubits físicos son propensos a errores, por lo que se requieren aproximadamente 10.000 de ellos para hacer un qubit "lógico", que es un qubit lo suficientemente confiable para cualquier cálculo verdaderamente útil.

Los investigadores de la computación cuántica han descubierto que si un qubit se interrumpe, se volverá "decoherente", lo que significa que deja de estar en un estado físico donde se puede utilizar para el cálculo.

Según Microsoft, Freedman había estado explorando la idea de que los qubits topológicos son más robustos debido a que sus propiedades topológicas los hacen más estables y brindan una mayor protección de errores innata.

Holmdahl dijo que un qubit topológico tendría muchos menos errores, lo que significa que una mayor parte de su capacidad de procesamiento podría usarse para resolver problemas en lugar de corregir errores. "Cuantos más qubits tienes, más errores tienes", dijo. Esto, a su vez, significa que más qubits deben estar conectados entre sí.

Para Holmdahl, hay un límite teórico de cuánto puede escalar una computadora cuántica, debido a la complejidad de la interconexión de todos los qubits y el manejo de errores. "Estamos tomando un enfoque diferente. Nuestra tasa de error es de tres a cuatro órdenes de magnitud mejor", dijo.

Ecosistema de aplicación

Microsoft ha comenzado a aplicar su investigación de computación cuántica para resolver problemas del mundo real, según Holmdahl. Por ejemplo, ha creado una "optimización de inspiración cuántica" para calcular el flujo de tráfico más bajo en Beijing.

"Los algoritmos clásicos [binarios] suben y bajan, analizando picos y valles en el tráfico. Una partícula cuántica puede estar en todas partes si no se mide. Imitamos lo que hace el mundo cuántico, y al hacerlo podemos resolver el problema más rápido", dijo.

En efecto, el algoritmo solo procesa señales de bajo tráfico y descarta cualquier pico en el tráfico. Holmdahl dijo que el algoritmo fue capaz de ejecutarse en una PC estándar y realizar la optimización mucho más rápido que el hardware acelerado.

Holmdahl dijo que esperaba que esta técnica se usara cada vez más para resolver problemas computacionalmente desafiantes más rápidamente, pero admitió que la optimización inspirada en los valores cuánticos no resolvería todos los problemas. "Necesitarás una verdadera computadora cuántica para abordar la química cuántica", agregó.

En los próximos cinco años, Holmdahl dijo que veremos la aparición de nuevas empresas de computación cuántica y consultores que podrán ayudar a las empresas a resolver problemas informáticos complejos.

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