Cálculos cuánticos: En el centro de la imagen vemos una serie de chips prototipo diseñados para utilizar los efectos de la mecánica cuántica a la hora de trabajar con datos.
Fuente: D-Wave Systems
Por Tom Simonite
En un intento por permitir que los ordenadores aprendan más rápido, la compañía de defensa Lockheed Martin ha comprado un sistema que utiliza la mecánica cuántica para procesar datos digitales. Ha pagado 10 millones de dólares a la startup D-Wave Systems por el ordenador y por el servicio de soporte que cubre su utilización. D-Wave afirma que se trata de la primera vez que se vende un sistema de computación cuántica.
El nuevo sistema, llamado D-Wave One, no es mucho más capaz que un ordenador convencional. Sin embargo, podría suponer un paso adelante en el camino hacia la plena implementación de la informática cuántica, que según demuestran los teóricos podría fácilmente resolver problemas imposibles para otros ordenadores, tales como derrotar a sistemas de cifrado mediante la resolución de problemas matemáticos a una velocidad increíble.
Como si se tratase de un salto atrás en el tiempo a los días en que los ordenadores eran del tamaño de habitaciones, el sistema comprado por Lockheed, llamado D-Wave One, ocupa 100 pies cuadrados. En lugar de actuar como un ordenador independiente, funciona como un ayudante especializado para un ordenador convencional ejecutando un software que aprende de los datos del pasado y hace predicciones sobre acontecimientos futuros. La compañía de defensa afirma que tiene la intención de utilizar la nueva compra para ayudar a la identificación de errores en productos que sean combinaciones complejas de software y hardware. El objetivo es usar estos sistemas para reducir los sobrecostes ocasionados por problemas técnicos imprevistos, asegura Thad Madden, portavoz de Lockheed. Este tipo de imprevistos han sido, en parte, responsables de las recientes noticias sobre el caza F-35 de la compañía, que se encuentra un 20 por ciento por encima del presupuesto.
El corazón de D-Wave incluye un procesador integrado por 128 qubits—abreviatura de bits cuánticos—que utilizan campos magnéticos para representar a un único 1 ó 0 de datos digitales en cualquier momento, y también pueden aprovechar la mecánica cuántica para alcanzar un estado de "superposición" que representa ambos a la vez. Cuando los qubits en estados de superposición trabajan juntos, pueden trabajar con, exponencialmente, mas datos que el número equivalente de bits normales.
Los qubits tienen forma de bucles de metal ricos en niobio, un material que se convierte en superconductor a temperaturas muy bajas y es más comúnmente utilizado como imanes dentro de escáneres de resonancia magnética. Los qubits están unidos por estructuras llamadas acopladores, también hechas a partir de una aleación de niobio superconductor, que pueden controlar el grado en que los campos magnéticos adyacentes, que representan los qubits, se afectan mutuamente. La realización de un cálculo implica el uso de campos magnéticos para establecer los estados de los qubits y los acopladores, esperando un corto periodo de tiempo, y después procediendo a lectura de los valores finales de los qubits.
La máquina de D-Wave esta pensada para hacer una cosa mejor que un ordenador convencional: la búsqueda de respuestas aproximadas a problemas que sólo pueden ser verdaderamente resueltos mediante el intento de forma exhaustiva de todas las soluciones posibles. D-Wave ejecuta un algoritmo único, llamado templado cuántico, que esta incrustado en el diseño físico de la máquina, afirma Geordie Rose, fundador y director tecnológico de D-Wave. Los datos enviados al chip se traducen en valores qubit y en la configuración de los acopladores que los conectan. Después de eso, los qubits entrelazados pasan por una serie de cambios de mecánica cuántica que dan como resultado una solución. "Metemos el problema en el hardware y actúa como un proxy físico para lo que usted este tratando de resolver", explica Rose. "Todos los sistemas físicos desean llegar hasta el nivel más bajo de energía, con la mayor cantidad de entropía", explica, "y los nuestros llegan a un estado que representa la solución".
Aunque resulta exótico, este hardware está diseñado para ser utilizado por ingenieros de software que no sepan nada de mecánica cuántica. Un conjunto de sencillos protocolos—llamados API, interfaz de programación de aplicaciones—facilitan la inserción de datos en el sistema D-Wave en un formato estándar.
"Usted envía su problema y obtiene un resultado mucho más preciso del que tendría con un ordenador convencional", asegura Rose. Afirma que las pruebas han demostrado que el software que utiliza el sistema D-Wave es capaz de aprender cosas como, por ejemplo, reconocer la forma de objetos particulares en fotos con hasta un 9 por ciento más de precisión que una alternativa convencional. Rose pronostica que todo esto aumentara rápidamente a medida que los programadores aprendan a optimizar su código para el modo en que la tecnología de D-Wave se comporta.
Google ha estado experimentando con la tecnología de D-Wave durante varios años como forma de acelerar el software capaz de interpretar las fotos. Los ingenieros de software de la compañía lo utilizan como una especie de servicio en la nube, accediendo a un sistema en la sede de D-Wave de Vancouver a través de Internet. En 2009, la compañía publicó unos documentos mostrando que la utilización del sistema cuántico superaba al software convencional ejecutado en un centro de datos de Google.
Allan Snavelly, desde el San Diego Supercomputer Center, ha utilizado versiones convencionales de algoritmos como los incluidos en el sistema de D-Wave. Afirma que los problemas del tipo "aguja en un pajar" para los que están diseñados son importantes dentro de las ciencias informáticas. "Estos son problemas en los que sabemos la respuesta correcta cuando la vemos, pero verla entre todo el espacio exponencial de posibilidades es difícil", afirma. Ser capaces de experimentar con el nuevo sistema usando herramientas convencionales de software será tentador para los programadores, asegura Snavelly. "Es interesante considerar las posibilidades—me gustaría poder usar uno de esos sistemas".
La tecnología de D-Wave se ha enfrentado a la controversia durante los 12 años que ha estado en desarrollo. Los investigadores de compuntación cuántica se cuestionaban si la tecnología de la compañía verdaderamente aprovechaba los efectos cuánticos. Un trabajo publicado en la revista científica Nature el 12 de mayo de alguna manera hizo frente a esas preocupaciones, informando que el comportamiento de uno de los grupos de 8 qubits componen el D-Wave One se explica mejor mediante un modelo matemático que asuma los efectos cuánticos en funcionamiento que por uno que asuma que sólo estuvo involucrada un tipo de física clásica.
Sin embargo, el experimento no mostró los resultados de ejecutar un cálculo en el hardware, dejando dudas en las mentes de muchos expertos en computación cuántica. Rose afirma que la tecnología utiliza definitivamente los efectos cuánticos, pero que a los programadores sólo debería preocuparles una cosa realmente. "En comparación con las formas convencionales, se obtiene un tipo de software mucho mejor".
Copyright Technology Review 2011.
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