Supremacía cuántica

Desde los ábacos de los mercaderes del Éufrates y los mecanismos astrométricos de los ingenieros de Rodas, el hombre se ha valido de las máquinas para el cálculo. Las computadoras han servido para descifrar códigos y ganar guerras, predecir eclipses, demostrar teoremas, democratizar el acceso a la información y torcer voluntades populares. Las computadoras son, hoy, útiles, imprescindibles, inextirpables de nuestra vida. Esto queda registrado en la producción literaria, que, desde la ficción al ensayo, demarca los bordes de la vida contemporánea ideando futuros distópicos en los que las máquinas cumplen un papel protagónico.

Algo menos conocido es que el avance incontestable de las computadoras sobre los tiempos modernos contrasta con lo poco que ha evolucionado el principio de su funcionamiento. Desde la primera computadora digital, cuya arquitectura se desarrolló poco antes de la mitad del siglo XX, las máquinas funcionan íntimamente de la misma manera. Independientemente del grado de miniaturización de sus componentes, todas las computadoras se basan en el mismo principio: un abstruso entramado de conexiones que intercambian unidades de información, los bits.

En sus miles de conectores, compuertas y terminales, las computadoras alternan entre dos estados, representados éstos con los números 1 y 0. Estos bits pueden ser realizados por tensiones eléctricas, por señales en cables ópticos o, como en los albores de la computación digital, por mecanismos electromecánicos; pero, independientemente de la técnica empleada, el principio de funcionamiento es el mismo: un plexo de conectores intercambiando unos y ceros, unos y ceros, ceros y unos...

No fue sino hasta comienzos de la década de 1980 que una forma cualitativamente novedosa de pensar la computación apareció: entre 1980 y 1982, Benioff, Manin y Feynman, entre otros, comenzaron a pensar de qué manera las leyes de la física cuántica, que rigen el mundo de lo microscópico, podían ser utilizadas para dar lugar a una forma nueva de computación, una computación cuántica que difiriera cualitativamente del principio de funcionamiento de toda máquina existente.

La física cuántica es desconcertante por cuanto su descripción de la realidad confronta con nuestro sentido común. Esto responde al hecho de que nuestra intuición está educada en el mundo de lo macroscópico, un mundo en el cual las cosas están en una situación determinada y en un lugar determinado, independientemente de si ignoramos o no esa situación y ese lugar. En el mundo microscópico esto no es así: un átomo, por ejemplo, puede encontrarse rotando sobre su eje en sentido horario o antihorario, pero puede también encontrarse rotando en una combinación de ambos sentidos a la vez, con una probabilidad arbitraria de estar haciéndolo de uno u otro modo. Y vale aclarar que esta probabilidad nada tiene que ver con nuestro desconocimiento del estado del átomo, sino que se trata de una probabilidad que es inherente al objeto observado: el átomo se encuentra, en efecto, en una superposición de estados.

La idea de la computación cuántica es, precisamente, hacer uso de esta y otras rarezas del mundo cuántico para calcular: si las computadoras convencionales están constituidas por terminales y compuertas que intercambian bits alternando entre los estados 1 y 0, las computadoras cuánticas deberían permitir a sus terminales y compuertas intercambiar "bits cuánticos", los que, según las leyes cuánticas, podrían encontrarse en estados que no son necesariamente 1 o 0, sino una mezcla de ambos. Luego, el entrelazamiento cuántico permitiría un nuevo tipo de correlación entre los estados de diferentes terminales, dotando a la máquina de una lógica nueva que, como se demostrara poco después, elevaría exponencialmente el poder de cálculo.

A mediados de la década de 1990 estaba claro que, desde el punto de vista teórico, las computadoras cuánticas superaban cualitativamente a las convencionales en su eficiencia de cómputo; pero quedaba claro también cuán difícil sería construir un prototipo. Varias dificultades físicas y tecnológicas conspiraron para que la realización experimental de una computadora cuántica haya llevado décadas.

En 2012, Preskill acuñó el término "supremacía cuántica" para hitar el día en el que una computadora cuántica lograría llevar a cabo un cálculo más rápidamente de lo que lo haría la computadora convencional más poderosa hasta esa fecha. Ese día, que en 2012 ya se intuía venidero, ha llegado: el 23 de octubre de 2019, un grupo de investigación de Google publicó en la revista Nature un artículo en el que afirma haber realizado con su computadora cuántica Sycamore de 53 bits en tan sólo 200 segundos un cálculo que a Summit (IBM), la computadora convencional más potente del mundo, le llevaría 100 siglos.

De confirmarse el anuncio de Google, e independientemente de los intentos de IBM por subestimar el logro de su competidor, la era de la supremacía cuántica habría llegado.