Mapa web
Youtube
Instagram
Campus UNED

José Luis López Fernández: " A supremacía cuántica é o límite máis aló do cal os computadores cuánticos poden realizar cálculos con maior capacidade do que podería facer calquera computador clásico, incluídos os supercomputadores, por suposto"

2 de mayo de 2020

O Centro Asociado á UNED en Ourense organizou un curso de Computación Cuántica con éxito de participantes que seguen as clases que cada semana por webconferencia lles ofrece López Fernández.

OURENSE, 1 de maio de 2020.- José Luis López Fernández é doutor en Química  Cuántica, licenciado en Químicas, licenciado en Físicas, enxeñeiro en Comunicacións, co especialidade Telemática, enxeñeiro informático, profesor de Ciclos formativa desde 1988 no IES Marcos Valcárcel da  Carballeira (Ourense) e profesor titor da UNED desde 1993. Fernández é o relator para o curso que UNED Ourense está desenvolvendo mediante webconferencia. 

-De onde vén a computación  cuántica?

-A computación  cuántica procede de dúas das revolucións científicas máis importantes do século  xx: a física  cuántica e a computación. Con Google,  IBM e Microsoft.

-Que obxectivos ten o curso que celebraremos en UNED Ourense?

-É un curso de iniciación á computación  cuántica, non é   de mecánica  cuántica, no que se pretende dar difusión a esta tecnoloxía, xa que probablemente en pouco tempo  necesitaranse especialistas na mesma. Por tanto, faise   unha comparación das tecnoloxías clásicas e  cuánticas. Estúdanse os fundamentos da tecnoloxía  cuántica e a continuación estúdase o coñecido caso de  IBM  Q  Experience, como exemplo de computación na nube. Na segunda parte do curso estúdanse algúns algoritmos que mostran a viabilidade da computación  cuántica así como as melloras que se obteñen ao resolver o mesmo problema con computación  cuántica. E os requisitos para seguir o curso son mínimos, un lixeiro coñecemento de computación clásica e un pouco de álxebra lineal do nivel que se imparte nos nosos cursos de bacharelato.

-Que é a computación  cuántica?

-É un novo modelo de programación, un exemplo paradigmático de tecnoloxía disruptiva. A computación  cuántica non é unha evolución da computación clásica senón máis ben un invento tecnolóxico distinto, o que comporta un cambio de paradigma. Agora ben, a computación  cuántica non substitúe á computación clásica, senón que a complementa. Na computación clásica o elemento construtivo básico, a nivel de hardware,  é o transistor, a crecente  miniaturización destes compoñentes chegou a un límite no que aparecen efectos  cuánticos e por tanto a partir de aquí débense de utilizar dispositivos cuxo comportamento obedezan ás leis da Física  Cuántica.

-Como funciona isto da computación  cuántica?

-Os modelos matemáticos son algo complexos e fundaméntanse na Mecánica  Cuántica e as súas ferramentas matemáticas, pero os principios de funcionamento son sinxelos de entender. Do mesmo xeito que na computación clásica, téñense os  bits, 0 e 1, como unidades de información; na computación  cuántica manéxase como unidade básica de información o  cúbit ou  qubit, é dicir o  bit  cuántico. Os  bits clásicos correspóndense con dous estados do sistema, ben 0 ou ben 1, mentres que o  qubit correspóndese cunha  superposición de estados, sendo posibles a priori, que adopte un conxunto enorme de valores. Este concepto difícil de entender desde un punto de vista clásico, é compatible coa leis da mecánica  cuántica e por tanto somos capaces de procesar unha cantidade de información moito maior con  qubits. Ao aumentar o número de  qubits increméntase de maneira exponencial a cantidade de información que se pode procesar e isto é o que fai que esta computación poida resolver problemas  non  abordables pola computación clásica.

-Cando se prevé que esta tecnoloxía estea operativa no mundo real?

-Podería dicirse que respecto desta tecnoloxía hai optimistas e pesimistas. Aínda que se puxeron en operación  computadores de poucos  qubits e aínda estamos nos albores da tecnoloxía  non parece que poida haber  computadores  cuánticos comerciais ata dentro duns anos, agora mesmo  IBM anunciou o lanzamento o 15 de outubro pasado do computador  cuántico comercial máis potente, un  computador de 53   qubits, ata o de agora  IBM tiña modelos de 20  qubits. Os clientes poderán utilizala esta computadora  a través da nube. Este  computador  estará situado no Centro de Computación  Cuántica de  IBM en  Poughkeepsie (Nova Iorque)). Hai que ter en conta que aínda que Google dispón dunha computadora de 72  qubits, está non está  ao dispor de terceiros. É moi difícil predicir cando o usuario medio  empieze a utilizar estes  computadores de forma masiva pero é probable que polo menos isto non teña lugar antes de 20 0 30 anos salvo sorpresas, xa que aínda hai retos técnicos que resolver. Por agora aínda hai poucos algoritmos  cuánticos porque son difíciles  de programar.

-Como se mide a potencia dos  computadores  cuánticos?

-A potencia destes computadores mídense en  qubits, a maior número de  qubits, maior capacidade de procesamento. Aínda que tamén hai que ter en conta, á hora de avaliar a potencia, dous problemas: o ruído e a corrección de erros que son dúas dificultades para as que aínda non hai solución satisfactoria. Hai dous conceptos crave nos que se funda o funcionamento destes  computadores: a  superposición de estados e o  entrelazamiento  cuántico. O paralelismo  cuántico de debe a que o  cúbit ( qubit) pode acharse nunha  superposición de estados. É moi difícil preservar a  superposición e o  entrelazamiento debido á  decoherencia  cuántica. Cando  aparece a  decoherencia  cuántica desaparecen os efectos  cuánticos e o  computador  cuántico xa non funciona como tal senón de maneira clásica e a duración dos efectos  cuánticos pode ser da orde de  nanosegundos e nalgúns casos de  microsegundos. É necesario ter o sistema con coherencia  cuántica para que os cálculos non conteñan erros. En definitiva na potencia dos  computadores  cuánticos pesa tanto o número de  qubits como a coherencia e a corrección de erros.

-Que se entende por supremacía cuántica?

-A supremacía  cuántica é o límite máis aló do cal os  computadores  cuánticos poden realizar cálculos con maior capacidade do que podería facer calquera  computador clásico, incluídos os  supercomputadores, por suposto. Con 72  qubits o número de elementos basee é de 272 , é dicir 4 000 000 000 000 000 000 000 elementos, número que se considera como o punto no cal os  computadores clásicos son superados polos  cuánticos. Google anunciou no pasado mes de outubro a consecución da supremacía  cuántica, o logro aparece comunicado nun artigo da revista  Nature publicado o 23 de outubro de 2019, ( Quantum  supremacy  using a  programmablle  superconducting  processor,   Nature  volume 574,  pages 505–510, 2019). O caso dalgúns  conmutadores de D-Wave con 2000 qubits, trátase de máquinas especializadas que non conseguiron facer nada que non puidese facer un  computador convencional por tanto non superaron a barreira da supremacía  cuántica. 

-Que aplicacións ten a computación  cuántica?

-A carreira pola primacía en tecnoloxía  cuántica dispútase tanto a nivel de estados como de empresas, xa que permitirá resolver problemas que non se poden afrontar cos   computadores clásicos. Nesta carreira Estados Unidos, China, Francia, Alemaña, Xapón e Rusia contan con programas nacionais propios. As aplicacións son, entre outras: o desenvolvemento de fármacos, a creación de novos materiais, a optimización do tráfico; o procesamento de información financeira: procura e asignación óptima de investimentos. Cálculo de riscos; tamén o uso de ferramentas de computación  cuántica para adestrar redes neuronais de intelixencia artificial ou a resolución de problemas matemáticos que hoxe non se poden solucionar. Igualmente permítenos entender reaccións químicas que poden levar a medicamentos; problemas de optimización, onde aparecen gran cantidade de datos; aplicacións en medicina, ás veces resultan en problemas moleculares e reaccións químicas por tanto se podemos acelerar os cálculos… mellores medicamentos. Aplícase do mesmo xeito na seguridade da información a  criptografía. Os  bits  cuánticos dannos novas ferramentas para  encriptar. Pódese  teleportar información. Podemos utilizar a computación  cuántica para provernos de novas ferramentas para facer fronte aos  hackers e un longo etcétera. Todo isto pode parecer algo moi abstracto, pero a computación  cuántica poderá ter aplicacións prácticas a curto prazo en distintas áreas da industria e a tecnoloxía. Por exemplo, podería usarse para descubrir materiais superconductores a temperatura ambiente que permitirían a transmisión de enerxía sen perdas,  xerar simulacións biomédicas capaces de crear, simular e  modelar estruturas moleculares que poden ser a base de novos e potentes fármacos, optimizar complexos procesos loxísticos, elaborar complexos modelos financeiros e de xestión de riscos ou  modelar complexas reaccións químicas que teñen grandes custos enerxéticos e ambientais. Por exemplo, o método Haber-Bosch de fixación do nitróxeno ambiental para a obtención de fertilizantes, fundamental para mellorar a produción mundial de alimentos. En resumo, as aplicacións principais da computación  cuántica están relacionadas coa simulación de sistemas  cuánticos (reaccións a nivel molecular), a optimización  cuántica (resolver problemas minimizando as funcións de custo) e os relacionados coa física  estocástica (simular procesos aleatorios).

UNED Ourense

Comunicación

Carretera de Vigo Torres do Pino  s/n Baixo 32001 Ourense - . Tel. 988371444 info@ourense.uned.es