Ordinador quàntic: prova feta, ús del món real molt lluny - Setembre 2022

En la informàtica clàssica, la calor conspira amb el temps per imposar restriccions al possible. A l'era dels tubs de buit, els càlculs llargs no es podien completar perquè l'equip es cremaria.

Ordinador quàntic: prova feta, ús del món real molt llunyA mitjans de setembre, un document d'investigació escrit per científics de 14 institucions i laboratoris, dirigit per Google AI Quantum a Mountain View, va aparèixer en un lloc web de la NASA. (Font: Googleblog)

El govern no ha d'agitar-se més per accedir a comunicacions segures a les xarxes socials, perquè l'ordinador quàntic, s'acaba de reclamar l'arribada , farà que la seguretat criptogràfica sigui redundant.




susan brubaker chokachi

El que es reclama, i es discuteix

A mitjans de setembre, un document d'investigació escrit per científics de 14 institucions i laboratoris, dirigit per Google AI Quantum a Mountain View, va aparèixer en un lloc web de la NASA i va desaparèixer de manera enigmàtica, deixant a les comunitats científiques i matemàtiques agitant-se sense descans. La seva emoció no era injustificada, perquè el diari havia afirmat supremacia quàntica — el desenvolupament d'una màquina quàntica anomenada Sycamore que pot resoldre problemes que els ordinadors clàssics no poden, per raons pràctiques.

En la informàtica clàssica, la calor conspira amb el temps per imposar restriccions al possible. A l'era dels tubs de buit, els càlculs llargs no es podien completar perquè l'equip es cremaria. Els circuits integrats de semiconductors moderns també generen calor, no suficient per cremar-se, però prou per alentir-se. Google afirma que Sycamore va resoldre un problema en uns 200 segons que hauria trigat uns 10.000 anys a un superordinador de primer nivell. Els resultats, en el document que havia desaparegut de manera enigmàtica, van aparèixer formalment dimecres a Nature, consolidant l'afirmació que s'ha traspassat un llindar en informàtica, previst des que Paul Benioff, Richard Feynman i Yuri Manin van obrir la discussió als anys vuitanta.





Mentrestant, els investigadors d'IBM han desafiat la troballa de Sycamore, sostenint que l'ordinador clàssic es va endarrerir 10.000 anys perquè estava configurat de manera ineficient. Donar una puntada de peu als pneumàtics i netejar els taps, han argumentat, tancaria la bretxa amb la mà sobre el puny. L'assumpte roman en suspens fins que IBM repliqui la prova de referència. Segons el mètode de la ciència, la qüestió roman oberta fins que no publica les seves pròpies conclusions.



Múltiples estats

Des que el primer ministre canadenc Justin Trudeau va exposar informàtica quàntica a un periodista irritable de l'Institut Perimetral de Física Teòrica, no queda res per explicar. N'hi ha prou amb dir que mentre les màquines clàssiques processen bits d'informació representats pels estats 0 i 1, que representen l'encesa i la desactivació, les màquines quàntiques manipulen qubits o bits quàntics. Tenen dues propietats que poden processar dades d'ordres de magnitud superiors: la superposició i l'entrellat.

Tot i que la naturalesa dels mons quàntics i bruts són fonamentalment diferents, es poden il·lustrar amb l'analogia del gat de Schrödinger, un animal desafortunat atrapat en una caixa amb alguna cosa potencialment letal, com un recipient de gas tòxic. En el món brut, suposem que el gat està viu fins que s'allibera el gas, després del qual està mort. Però a nivell quàntic, els fenòmens es col·lapsen en un estat només quan s'observen. En tots els altres moments, existeixen en tots els estats possibles. El gat només es veu mort o viu quan l'observador obre la caixa. En tots els altres moments, està viu i mort, en estat de superposició. A més, si el gat pot disparar el gas accidentalment, el seu estat i el de la bombona estan íntimament lligats.



Aquest és l'entrellat, que Einstein va anomenar acció fantasmagòrica a distància. Dues partícules subatòmiques entrellaçades podrien estar separades a anys llum i, tanmateix, estar enllaçades. Els ordinadors quàntics utilitzen aquestes dues propietats per aconseguir velocitats i espais computacionals que derrotarien una màquina clàssica, codificant dades en estats quàntics i realitzant-hi operacions quàntiques.

Explicació: Què és la supremacia quàntica en informàtica, aconseguida per Google?Sundar Pichai amb un dels ordinadors quàntics de Google al laboratori de Santa Barbara, Califòrnia, EUA. (Foto via Reuters)

Milles per arribar

Què significa per a tu i per a mi l'arribada de la computació quàntica? No gaire. No de seguida. Perquè Sycamore només va realitzar una prova de referència que no té ús real, i Google no pot desplegar-la per aconseguir el domini mundial la setmana vinent. Fins i tot si ha demostrat la supremacia quàntica, podrien passar anys o dècades perquè la tecnologia estigui disponible gratuïtament.



Els qubits només són estables a temperatures criogèniques, i només els governs i les grans corporacions poden esperar mantenir un ordinador quàntic a les instal·lacions. La resta de nosaltres hauríem de dependre de la computació en núvol i del programari com a servei. No és la plataforma més brillant si aspires a tallar la llum del dia de Gmail, per exemple.

Però inicialment, els governs i les corporacions serien els únics usuaris de la informàtica quàntica, perquè només ells estan interessats en les preguntes que respon. Feynman va proposar l'ordinador quàntic per modelar sistemes quàntics. Ara, s'utilitzarà en laboratoris per a sistemes de modelització que existeixen al món real només en condicions extremes, com en el Gran Col·lisionador d'Hadrons.



Ordinador quàntic: prova feta, ús del món real molt llunyUn component de l'ordinador quàntic de Google al laboratori de Santa Barbara, Califòrnia, EUA. (Foto via Reuters)

Els laboratoris serien capaços de produir treballs d'avantguarda sense haver d'invertir en infraestructures a gran escala i potser no haurien de col·laborar entre nacions i continents. Els ordinadors quàntics també serien útils per a tasques que gestionen grans quantitats de dades. La mineria de dades i la intel·ligència artificial serien els principals beneficiaris, juntament amb les ciències que tracten volums de dades, des de l'astronomia fins a la lingüística.

No et perdis Explained | Dushyant Chautala: vell més enllà de la seva edat, aquest 'buda' de 31 anys connecta amb tothom



El costat fosc

El costat fosc de la informàtica quàntica és l'efecte disruptiu que tindrà sobre el xifratge criptogràfic, que assegura les comunicacions i els ordinadors. El xifratge depèn de nombres primers molt grans, que serveixen com a llavor a partir de les quals les claus criptogràfiques es generen i intercanvien les parts d'una conversa. Funciona perquè el xifratge i el desxifrat són operacionalment asimètrics. És més fàcil per a un ordinador multiplicar nombres primers molt grans que factoritzar un producte fins als seus nombres primers constitutius. Aquest diferencial manté privats els vostres missatges de WhatsApp, però si les probabilitats fossin igualades amb ordinadors exponencialment potents, la privadesa en línia estaria morta.

La tecnologia no sempre és la solució. Sovint, crea nous problemes, i la solució està en la llei. Molt després del naixement de les xarxes socials i la intel·ligència artificial, ara hi ha demandes per regular-les. Seria prudent desenvolupar un marc regulador per a la informàtica quàntica abans que estigui àmpliament disponible. Es tracta d'una tecnologia transformadora els usos futurs de la qual, en un ampli espectre de sectors, des de l'anàlisi de dades fins a la geopolítica, no es poden anticipar del tot. En aquest sentit, és més aviat com la tecnologia nuclear, que va ser regulada per un règim global 23 anys després d'Hiroshima pel Tractat de No Proliferació. Seria útil regular ara la informàtica quàntica, o almenys definir els límits del seu ús legítim.