Future Trends Forum 04 Jun 2021

Preguntas y respuestas sobre Quantum Computing

Darío Gil responde a las preguntas que se quedaron pendientes en el #FutureTalks del 27 de mayo.

El pasado jueves (27 de mayo) celebramos el primer #FutureTalks sobre Quantum Computing con Darío Gil. Este evento presentó esta nueva tecnología como una verdadera revolución dentro de la computación, disciplina transversal que domina nuestro día a día. 

 

La combinación del interés del tema y la gran cantidad de asistentes, no permitió que Dario Gil respondiera a todas las preguntas formuladas en el debate. Hemos agrupado las preguntas realizadas en el evento y le hemos reenviado las que quedaron pendientes. Darío Gil ha respondido a todas las preguntas sobre el desarrollo e implementación del Quantum Computing. Puedes verlas a continuación:

Expansión del Quantum Computing

1.- ¿Qué y cómo las diferentes tecnologías actuales están influyendo en el desarrollo e implantación de la Quantum Computing como 5G, Blockchain, criptografía, redes neuronales, Inteligencia Artificial, etc.?

La computación cuántica tiene el potencial de ayudar a avanzar algoritmos y aplicaciones relevantes para esas tecnologías. A su vez, tecnologías como las redes neuronales y el IA podrían ayudar al avance de la computación cuántica, por ejemplo, ayudando con la calibración de qubits y puertas cuánticas además de la combinación de computación cuántica con IA y otras de las tecnologías en el desarrollo de  algoritmos y aplicaciones. Así que veremos las diferentes tecnologías convergiendo e impulsando sus  desarrollos mutuamente.

2.- ¿Cuándo podremos tener un ordenador quántico en casa? ¿Se cumple la ley de Moore en la computación cuántica?

Tener un ordenador cuántico en casa requeriría que se hagan más compactos y eficientes en costo, lo cual conlleva más tiempo. Sin embargo, recordemos que los ordenadores cuánticos son máquinas  especializadas para resolver ciertos problemas específicos. Pero lo maravilloso de la nube es que gracias a ella tener un ordenador cuántico en nuestra casa no es necesario. Igual que no tenemos superordenadores en nuestras casas, sino que los accedemos a través de la nube, así esperamos que sea  con los ordenadores cuánticos. Los puedes acceder desde tu casa hoy mismo a través de la nube 
beneficiarte de todo lo que tienen que ofrecer sin tener que preocuparte por infraestructura, servicio,  mantenimiento, etc.

En cuanto a la ley de Moore, la computación cuántica no es una extensión de la ley de Moore. Es un modelo de computación diferente. Sin embargo, tenemos algo que podríamos considerar similar a la ley de Moore aplicable a la computación cuántica. En IBM introducimos el concepto de volumen cuántico para medir el poder computacional de las computadoras cuánticas. El volumen cuántico es un número que encierra la diversidad de cosas que afectan el rendimiento del sistema: el número de qubits, cómo están conectados unos a otros, los errores en las operaciones que se hacen en los qubits, el set de operaciones utilizado, la calidad de la electrónica usada para controlar los qubits, y cuán inteligente es el diseño y operación del software. Cuando lo introducimos nos propusimos a duplicarlo cada año. Hasta ahora no solo lo hemos logrado, sino que en el 2020 ¡lo duplicamos 3 veces!

3.- ¿En que cambia el perfil profesional del ingeniero que utilice computación cuántica para el desarrollo de sistemas software, frente al que usa el computación clásica??? ¿Deben cambiar las metodologías de desarrollo? 

Eso depende de a qué nivel del software stack trabajen. Hay ingenieros de computación que trabajan desarrollando software a nivel del kernel, es decir, a nivel de las operaciones cuánticas y los componentes de los circuitos cuánticos. El perfil a ese nivel cambia porque la matemática es diferente, y deben tener en cuenta los principios mecánico-cuánticos que les permitan utilizar el entrelazamiento cuántico y la interferencia para diseñar los sistemas de software, las herramientas, y bibliotecas de circuitos. Imagina los primeros ingenieros diseñando las bibliotecas de Fortran por ejemplo. 
Otros ingenieros trabajan al nivel de algoritmos, usando circuitos cuánticos para implementar algoritmos en software basados en esos circuitos. Estos ingenieros se benefician de la existencia de bibliotecas de circuitos que pueden usar. Necesitarán saber programación cuántica al nivel de saber usar los circuitos cuánticos así que la metodología cambia un poco, pero es un nivel de abstracción más alto.

Finalmente, estamos trabajando en hacer que utilizar la computación cuántica para aquellos ingenieros que trabajan al nivel de aplicaciones o modelos sea muy sencillo, sin fricción como decimos. Los ingenieros que trabajan a este nivel en el futuro no necesitarán alterar su perfil profesional ni metodología. Podrán especificar su problema en la manera en la que están acostumbrados, con sus interfaces sencillas e intuitivas, sin preocuparse por saber de qubits o circuitos. Todo lo necesario para llamar los circuitos cuánticos y clásicos apropiados, optimizarlos, y ejecutarlos en los ordenadores correspondientes pasará tras bastidores.

Sectores de implementación del Quantum Computing

4.-¿Qué sectores están ya aplicando la computación cuántica y en que tipo de resolución de problema lo aplican

Tenemos clientes en la industria automotriz que están estudiando el potencial de la computación cuántica para ayudarlos a desarrollar baterías más eficientes. La industria de químicos explora su uso en el desarrollo de materiales nuevos con ciertas propiedades o más sostenibles. Clientes en la industria petrolera están explorando usos de los algoritmos cuánticos aplicables al aprendizaje automático al igual que las simulaciones cuánticas de materiales. Clientes en finanzas exploran una diversidad de aplicaciones incluyendo la simulación de instrumentos financieros y el análisis de riesgo. 

Además de eso, instituciones que trabajan con problemas de física están aplicando la computación cuántica para explorar beneficios entendiendo, por ejemplo, eventos en física de energía alta. Instituciones que trabajan en investigaciones clínicas como el Cleveland Clinic con quienes anunciamos un tratado de colaboración recientemente, están comenzando a explorar la aplicabilidad de la computación cuántica a algunos de sus problemas de investigación clínica.
El sector aeroespacial, de electrónica son otros ejemplos. Realmente es una amplia diversidad de sectores.

5.-¿Cuál es la relación entre la QC y la huella digital? 

Se ha estudiado la posibilidad de ganar una ventaja en protocolos similares a la huella digital usando la mecánica cuántica. Esto es de interés es especial para el campo que llamamos la comunicación cuántica, aunque las aplicaciones serían variadas. En este caso la ventaja se intenta ganar reduciendo la cantidad de información que se debe transmitir para resolver un problema. En particular, si dos personas tienen cada una n-bits de información y los envían a una tercera persona que decide si la información es la misma o no, esa tarea de comparar las dos fuentes de información se puede hacer con una reducción exponencial en la cantidad de información transmitida. Es decir, hay un protocolo que permite usar la mecánica cuántica para comparar fuentes de información más eficientemente que lo que es posible con un ordenador tradicional.

6.-¿Se puede utiizar la computación cuántica para predecir mejor la evolución meteorológica a corto medio y largo plazo, o incluso aún más, la evolución del clima del planeta en los próximos 100 años?

Es una pregunta que aún debemos investigar. Predecir el clima requiere analizar cantidades muy grandes de datos y hacerlo casi instantáneamente si es a corto plazo. Cada vez contamos con más satélites y sensores que nos proveen más datos y esto nos ha ayudado a desarrollar modelos climáticos más precisos y detallados. Pero esto también implica una cantidad mayor de datos que analizar. Esperamos que la computación cuántica realmente sea más útil en problemas con pocos datos pero tan 
complicados que los ordenadores clásicos tienen mucha dificultad resolviéndolos, a pesar de los pocos datos. No esperamos que la computación cuántica sea mejor lidiando con “big data”. Ahora, es posible que haya una manera de combinar la computación cuántica y la clásica de modo que solo ciertos aspectos del problema se resuelvan en el ordenador cuántico y el resto en el clásico. Si este será el caso para algunos modelos útiles para entender el clima o cómo lograrlo, es algo que necesitaría mucha investigación.

7.- ¿Qué cambios sustanciales se producirán en el mercado laboral que es la base de nuestro modelo económico y social?

Esperamos que el campo de la computación cuántica crezca en importancia en el mercado laboral y ver en las universidades el establecimiento de grados con concentración en computación cuántica. Según la tecnología madure, sobre todo una vez empecemos a ver las primeras demostraciones de ventaja cuántica, veremos un crecimiento probablemente exponencial en el número de profesionales que se adentren en el campo, sobre todo desarrolladores de software a nivel de modelos o aplicaciones.

Preparar el mercado laboral para ese momento y el aumento en demanda que estamos viendo desde ya—porque hoy día la demanda es mayor que la cantidad de profesionales en computación cuántica disponibles—es sumamente necesario y es algo que debemos hacer desde ya puesto que es la base para una industria sostenible.

Desarrollo Técnico del Quantum Computing

8.- ¿Cuál es el consumo eléctrico del supercomputador cuántico funcionando a su máximo rendimiento?

Cada puerta lógica de un solo qubit consume alrededor de 10-17 Watts y cada puerta lógica de dos qubits consume alrededor de 10-16 Watts. Eso es en términos de la computación como tal. Ahora, lainfraestructura requerida para la operación del ordenador cuántico, incluyendo las bombas criogénicas y la electrónica usada para controlar los qubits, consumen unos pocos kW para mantener ese ordenador funcionando a su máximo rendimiento.

9.- ¿Hay posibilidades de encontrar qubits que trabajen a temperatura ambiente?

Hay varias alternativas que se están explorando con la idea de que puedan trabajar a temperatura ambiente. Por ejemplo, los qubits basados en átomos o en iones atrapados en campos magnéticos. En teoría uno esperaría que fuera posible. En práctica, todos tienen que lidiar con los errores y ruido que rodea a los qubits, especialmente al momento de ejecutar las operaciones cuánticas, y una manera de reducir esas fuentes de ruido es operando a temperaturas bajas. Por esta razón, incluso esos sistemas a veces se operan a temperaturas criogénicas, aunque más altas, no a mili-Kelvins sino del orden de 4 
Kelvins más o menos. En tecnologías como iones se están explorando protocolos como introducir especies diferentes de iones para efectivamente “enfriar” a los iones que contienen los datos a través de interacciones entre las especies distintas de átomos. Eso es muy prometedor para operarlos a temperatura ambiente, sin embargo, es un proceso lento y causa que los circuitos cuánticos tomen mucho tiempo, tanto que termina tomando cientos de días completar una simulación cuántica que en 
ordenadores cuánticos superconductores tomaría pocos días.

10.- Links para quien quiera adentrarse en el mundo de la computación y al summer camp, que se mencionaron en el evento:

Reiteramos nuestro agradecimiento a Darío Gil por su disponibilidad y por presentarnos el Quantum Computing, tendencia de la que estamos seguros que seguiremos tratando. 

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    Stephen Clark

    Vicepresidente en OptumInsight