La computadora cuántica está a punto de cambiar el mundo. Tres israelíes lideran la revolución

Enlace Judío México e Israel.- La startup israelí QM es la primera compañía en el mundo que está construyendo tanto el hardware como el software que permitirán usar una computadora cuántica, una vez que realmente sean una realidad práctica.

ODED CARMELI

En octubre de 2019, Google anunció que su computadora cuántica, Sycamore, había realizado un cálculo en tres minutos y 20 segundos que habría llevado a la supercomputadora más rápida del mundo 10,000 años. “Supremacía cuántica”, afirmó Google para sí mismo. Ahora tenemos una computadora cuántica, decía, capaz de realizar cálculos que ninguna computadora regular, “clásica”, es capaz de hacer en un tiempo razonable.

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¿Dónde compras una computadora así? Usted no. El Sycamore de Google no puede ejecutar Word o Chrome, ni siquiera puede ejecutar un buen juego amistoso de Buscaminas. De hecho, la computadora cuántica suprema de Google no sabe hacer nada, aparte de realizar un cálculo inútil. Se asemeja a la gran computadora en “La Guía del autoestopista galáctico”, que se le ocurrió el cálculo de 42, como la “Respuesta a la última pregunta de la vida, el universo y todo”, aunque nadie sabe cuál es la pregunta .

La cuestión ahora se está trabajando en Tel Aviv, en la calle Derech Hashalom. En su oficina genérica en el vecindario Nahalat Itzjak de la ciudad, tres físicos que recibieron su doctorado en el Instituto de Ciencia Weizmann de Rehovot – Nissim Ofek, 46; Yonatan Cohen, 36; e Itamar Sivan, de 32 años, están desarrollando instrumentos de control que domarán al monstruo cuántico.

“Hace diez años, cuando tomé un curso de computación cuántica, se consideraba ciencia ficción”, relata el Dr. Sivan, CEO de su empresa, Quantum Machines. “Los expertos dijeron que no sucederá en nuestra vida o que nunca sucederá. Como físico, la computación cuántica es un sueño hecho realidad. Casi todos nuestros empleados son físicos, incluso aquellos que trabajan como programadores, y la mayoría de ellos se nos acercaron. Leyeron sobre una compañía israelí para la computación cuántica y simplemente no pudieron contenerse. No hay nada más emocionante que aprender durante años sobre el gato de Schrödinger y sobre todos los efectos cuánticos salvajes, y luego ingresar a un laboratorio y construir el gato de Schrödinger y aprovechar la teoría en una prodigiosa fuerza de cálculo”.

Ya en la escuela secundaria, Sivan, que nació y creció en Tel Aviv, sabía que se sentía atraído por el misterioso mundo de las escurridizas partículas. “Hice honores de física, y en ese marco aprendimos un poco de mecánica cuántica. Sin las matemáticas en esa etapa, solo las ideas de la mecánica cuántica. Mi cerebro despegó. La cuantificación del mundo, del espacio a mi alrededor, fue muy tangible. Sentí que entendía el mundo cuántico. Después entendí que no entendía nada, pero eso no es importante. Es preferible desarrollar una intuición cuántica a una edad temprana, como para un idioma. Después hice el servicio militar, pero no olvidé esa magia.

“Era un jefe de la oficina [es decir, secretario militar], no era el trabajo más desafiante intelectualmente en el ejército”, continúa, “y tenía miedo de que cuando me dieran de alta, fuera demasiado viejo”. Ya sabes, se dice que todos los grandes matemáticos lograron sus avances antes de los 25 años. Entonces, en paralelo con el servicio militar, comencé estudios de pregrado en la Open University. El día después de mi alta, volé a París para continuar mis estudios en la École Normale Supérieure, porque hay algunas otras cosas que también vale la pena hacer cuando eres joven, como vivir en París”.

Conoció a sus socios en el proyecto, Nissim Ofek y Yonatan Cohen, en el Instituto Weizmann, donde todos estudiaron en el Centro de Investigación Submicrónica, bajo el profesor Moty Heiblum.

El criostato solía enfriar la computadora cuántica de IBM. (Fotografia de Graham Carlow / IBM)

Sivan: “Nissim había completado su Ph.D. y estaba haciendo un postdoc en Yale justo cuando Yonatan y yo comenzamos. Al mismo tiempo, Yonatan y yo establecimos el programa de emprendimiento del Instituto Weizmann. Cuando nos graduamos, nos preguntamos: De acuerdo, ¿qué sabemos hacer en este mundo? La respuesta: electrónica cuántica y emprendimiento. Realmente no teníamos otra opción que fundar Máquinas Cuánticas”.

“QM es una startup singular”, dice el profesor Amir Yacoby, físico de la Universidad de Harvard y miembro de la junta asesora científica de la compañía. “Un gran número de nuevas empresas prometen construir computadoras cuánticas cada vez más potentes. QM está listo para soportar todas esas plataformas ambiciosas. Es la primera compañía en el mundo que está construyendo tanto el hardware como el software que permitirán usar esas computadoras. Se debe comprender que la computación cuántica nació en laboratorios universitarios antes de que la industria electrónica creara dispositivos designados para ello. Lo que hicimos fue tomar dispositivos diseñados para computadoras clásicas y adaptarlos a las computadoras cuánticas. Tomó muchos años de estudiante. Es por eso que QM parece tan prometedor. Estos tipos fueron los miserables que pasaron por el infierno, que aprendieron las necesidades por las malas. Hoy, cada grupo de investigación con el que estoy familiarizado está en contacto con ellos o ya les ha comprado el sistema. QM está generando entusiasmo global”.

Volveremos a la startup israelí, pero primero debemos entender de qué se trata todo este alboroto.

Lo que llamamos la máquina de computación universal fue concebida por el hombre considerado el padre de las ciencias de la computación, Alan Turing, en 1936. Años antes de que hubiera computadoras reales en el mundo, Turing sugirió construir un cabezal de lectura y escritura que moviera una cinta, lea el estado diferente en cada cuadro y repítalo según los comandos que recibió. Suena simple, pero no hay una diferencia fundamental entre la máquina teórica de Turing y mi nueva computadora portátil Lenovo. La única diferencia es que mi máquina Turing lee y escribe tantos fotogramas por segundo que es imposible discernir que en realidad está calculando. Como lo expresó el escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke: “Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia”.

Las computadoras clásicas realizan estos cálculos por medio de transistores. En 1947, William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen construyeron el primer transistor: la palabra es una amalgama de “transferencia” y “resistencia”. El transistor es un tipo de interruptor que se encuentra dentro de una rebanada de silicio y actúa como el marco multiestado con el que soñaba Turing. Encienda el interruptor y la electricidad fluye a través del transistor; apáguelo y la electricidad no fluirá. Por lo tanto, el uso de transistores en computadoras es binario: si la electricidad fluye a través del transistor, el bit o dígito binario es 1; y si la corriente no fluye, el bit es 0.

Con los transistores, el nombre del juego es miniaturización. Cuanto más pequeño es el transistor, más de ellos es posible comprimir en el segmento de silicio, y más complejos son los cálculos que uno puede realizar. Tomó una década completa pasar del transistor único a un circuito integrado de cuatro transistores. Diez años después, en 1965, se hizo posible comprimir 64 transistores en un chip. En esta etapa, Gordon Moore, quien pasaría a fundar Intel, predijo que el número de transistores por segmento de silicio continuaría creciendo exponencialmente. La Ley de Moore establece que cada 18 meses, como un reloj, los ingenieros lograrán miniaturizar y comprimir el doble de transistores en un circuito integrado.

La Ley de Moore es una fusión autocumplida de una ley natural y una predicción económica. Una ley natural, porque los circuitos eléctricos miniaturizados son más eficientes y más baratos (por ejemplo, es imposible miniaturizar un avión de pasajeros); y una ley económica, porque los jefes de los ingenieros leyeron el artículo de Moore y exigieron que comprimieran el doble de transistores en el año siguiente. Así llegamos a la edad de oro de las computadoras: el Intel 286, con 134,000 transistores en 1982; el 386, con 275,000 transistores, en 1985; el 486, con 1,180,235 transistores, en 1989; y el Pentium, con 3,1 millones de transistores, en 1993. No había razón para abandonar la casa.

Hoy, la raza humana está fabricando docenas de miles de millones de transistores por segundo. Su teléfono inteligente tiene alrededor de 8.5 mil millones de transistores. Según un cálculo realizado por el analista de semiconductores Jim Handy, desde que se creó el primer transistor en 1947, se han fabricado 2.913.276.327.576.980.000.000 de transistores, es decir 2,9 sextillones, y dentro de unos años habrá más transistores en el mundo que todas las células de todos los cuerpos humanos en la tierra.

Sin embargo, la edad de oro de los transistores ha quedado atrás. “La Ley de Moore dejó de ser relevante hace mucho tiempo”, dice Amir Yacoby. “Las computadoras continúan mejorando, pero el ritmo se ha ralentizado. Después de todo, si hubiéramos continuado miniaturizando los transistores a la velocidad de la Ley de Moore, habríamos alcanzado la etapa de un transistor del tamaño de un átomo, y habríamos tenido que dividir el átomo”.

La sabiduría convencional es que la desaceleración en la tasa de mejora de las computadoras clásicas es el motor que impulsa el desarrollo acelerado de las computadoras cuánticas. QM toma un enfoque diferente. “No hay necesidad de buscar razones para querer más potencia informática”, dice Sivan. “Es un pozo sin fondo. Genere más potencia de cálculo y encontraremos algo que ver con eso. Los programadores están desarrollando aplicaciones más geniales y algoritmos más inteligentes, pero todo se basa en el único motor de cálculo de potencia. Sin ese motor, la industria de alta tecnología no habría surgido”.

La “Ley de Moore”, agrega Cohen, “comienza a fallar precisamente porque la miniaturización nos llevó al nivel de átomos solitarios, y los efectos cuánticos ya están comenzando a interferir con el comportamiento regular de los transistores. Ahora estamos en una encrucijada. O continuamos luchando contra estos efectos, que es lo que Intel está haciendo, o comenzamos a aprovecharlos para nuestra ventaja “.

Y hay otro problema con nuestra máquina universal de Turing: incluso si pudiéramos continuar miniaturizando los transistores para siempre, hay una serie de “problemas difíciles” que siempre estarán un paso por delante de nuestras computadoras.

Extracto de un artículo publicado por Haaretz

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