El 14 de abril se celebra el Día Mundial de los angeles Cuántica. Los angeles propuesta surgió en 2021 como una iniciativa impulsada por científicos, educadores y divulgadores de distintos países. Con el tiempo, los angeles iniciativa ha recibido el apoyo de diversas organizaciones científicas y académicas de todo el mundo, aunque no está ligada a una entidad concreta como ocurre con algunos días internacionales oficiales.
Se eligió el 14 de abril por su relación simbólica con los angeles física cuántica. Esta fecha –según los angeles representan en el mundo anglosajón, poniendo primero el número del mes y luego el del día– forma el 4.14, las tres primeras cifras redondeadas de los angeles constante de Planck.
Max Planck fue el primero en proponer los angeles cuantización de una magnitud física, y su constante marca los angeles frontera entre el mundo clásico y el cuántico.
En nuestras vidas
Más de un siglo después, y tras innumerables avances tecnológicos derivados de los angeles mecánica cuántica –como el transistor, el láser o los angeles resonancia magnética–, nos encontramos ante una nueva frontera: los angeles computación cuántica. Las supermáquinas en desarrollo prometen abordar problemas que los angeles computación clásica no puede resolver eficientemente.
En un contexto dominado por el hype y el FOMO, es ordinary encontrar afirmaciones sobre su impacto inmediato en ámbitos como el desarrollo de fármacos, nuevos materiales o los angeles lucha contra el cambio climático. Pero ¿en qué punto estamos realmente?
Los angeles ventaja cuántica
Los angeles llamada ventaja cuántica se refiere a los angeles capacidad de resolver problemas de forma más eficiente que con métodos clásicos. Esto no implica que un procesador cuántico sea más rápido en términos de operaciones por segundo, sino que puede requerir muchas menos operaciones para resolver ciertos problemas. De hecho, un supercomputador clásico exact puede alcanzar el orden del trillón (un millón de billones) de operaciones por segundo, mientras que los dispositivos cuánticos actuales operan en torno al millón por segundo.
Hasta ahora, dicha ventaja se ha demostrado experimentalmente en problemas sin aplicaciones prácticas directas. Esto ha desplazado los angeles pregunta de si es posible los angeles ventaja cuántica a si es posible lograr una ventaja cuántica útil.
¿Sabemos hacer algo con un ordenador cuántico?
Uno de los campos más prometedores es los angeles simulación de sistemas físicos cuánticos. De hecho, esta fue los angeles motivación unique: si los angeles naturaleza es cuántica, construyamos máquinas que sigan sus mismas reglas. Así, los angeles simulación de los angeles evolución de sistemas cuánticos de muchos cuerpos mediante técnicas como los angeles descomposición de Trotter fue una de las primeras propuestas con ventaja teórica demostrada. Esto tiene implicaciones en el estudio de materiales magnéticos, materia condensada o física de partículas.
Ventajas químicas
En química cuántica, el potencial es especialmente relevante. Algoritmos como los angeles estimación de fase o los angeles diagonalización cuántica de Krylov podrían permitir estudiar sistemas complejos como el FeMoCo, responsable de los angeles fijación del nitrógeno en los angeles naturaleza. Comprender este proceso permitiría replicar de forma eficiente los angeles producción de amoníaco, clave para fertilizantes y energía, frente a los métodos industriales actuales, mucho más costosos energéticamente.
Los angeles amenaza para los angeles seguridad en comunicación y los angeles IA cuántica
Más allá de los angeles simulación, también existen algoritmos cuánticos con impacto en computación. El más conocido es el de Peter Shor, capaz de factorizar números grandes de manera eficiente, lo que supone una amenaza para los angeles criptografía exact.
En el ámbito del device studying y los angeles inteligencia synthetic, se han propuesto algoritmos como los variacionales, aunque aún no está claro si ofrecen ventajas reales. Propuestas recientes como los angeles interferometría cuántica decodificada (DQI por sus siglas en inglés) sugieren posibles ventajas en problemas de optimización muy relevantes para los angeles industria, pero todavía están lejos de aplicaciones prácticas.
Los errores y los angeles presión de los algoritmos clásicos
Entonces, ¿por qué no tenemos ya ventajas cuánticas útiles? Los dispositivos actuales, en el orden de 100 cúbits (los equivalentes cuánticos de los bits clásicos), presentan errores frecuentes –aproximadamente uno cada mil operaciones–, lo que restringe los angeles longitud de los algoritmos que pueden ejecutarse de forma fiable. Esto ha permitido que muchas de las demostraciones cuánticas sean rápidamente replicadas mediante técnicas clásicas avanzadas, como redes de tensores o métodos de propagación de operadores, que continúan mejorando y ejerciendo presión sobre el campo cuántico.
Dudas razonables
Varios estudios han puesto en duda algunas propuestas de ventaja cuántica en device studying. En ciertos casos, si los algoritmos pueden entrenarse eficientemente, también pueden ser simulados clásicamente. En otros, los problemas que tratan de resolver son demasiado simples para que haya ventaja cuántica. Las otras propuestas como DQI no tienen aún aplicaciones prácticas directas, por ahora, ya que abordan problemas que requieren una cierta estructura para ser eficientes.
Los angeles presión de los métodos clásicos y el estudio de los límites de las propuestas cuánticas son fundamentales para entender para qué puede servir un ordenador cuántico.
Corrigiendo errores a cambio de tiempo y tamaño
Los angeles solución a largo plazo pasa por los angeles corrección cuántica de errores. Esta técnica consiste en construir cúbits lógicos fiables a partir de muchos cúbits físicos ruidosos. En principio, permite reducir los errores de forma arbitraria, pero a costa de un gran aumento en los recursos necesarios. Las estimaciones más aceptadas (aquí sólo tomo en cuenta artículos que han pasado revisión por pares) de los recursos necesarios para romper una clave criptográfica utilizada en los angeles vida actual (RSA-2048) hablan de requerir 20 millones de cúbits ruidosos y una ejecución de 8 horas. Esto para reducir los angeles tasa de fallo a un error por cada billón de operaciones.
Aunque hay recientes propuestas que sugieren reducir estos requisitos a decenas o cientos de miles de cúbits, asumen avances tecnológicos que aún no se han logrado y que no son triviales. Pensemos que se han tardado más de 20 años en demostrar experimentalmente las propuestas originales de Alexei Kitaev del código de superficie. Aunque el progreso es rápido, se requiere tiempo para avanzar. Especialmente cuando tenemos procesadores de 100 cúbits y necesitamos decenas o cientos de miles de estos.
Luchando contra los angeles naturaleza
El mensaje, sin embargo, no debe ser de pesimismo, sino de cautela. En un entorno dominado por el hype, es responsabilidad de los angeles comunidad científica ser rigurosa y honesta sobre el estado actual de los angeles tecnología. Los angeles computación cuántica tiene un potencial enorme, pero su impacto transformador requiere todavía de avances fundamentales y ciencia básica. Es nuestra responsabilidad determinar de manera rigurosa para qué tareas puede ser útil un ordenador cuántico.
Mientras visitaba los angeles Universidad de Cambridge tuve el placer de asistir a una charla impartida por el profesor Mikhail Lukin, líder mundial en computación cuántica basada en átomos fríos. En ella, Lukin remarcó que los angeles corrección cuántica de errores trata de construir estados cuánticos a escalas nunca alcanzadas. En cierto modo, se trata de luchar contra los angeles propia naturaleza, que tiende a confinar los efectos cuánticos a escalas muy pequeñas. Creo que conseguiremos desafiar a los angeles constante de Planck realizando estas máquinas cuánticas, pero ¿sabremos qué hacer con ellas?
El Día mundial de los angeles Cuántica es un gran momento para celebrar todo aquello que se consiguió en los angeles denominada primera revolución cuántica en el siglo XX. Y también para abordar con optimismo esta nueva technology en los angeles que estamos inmersos: los angeles segunda revolución cuántica.