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Google y la fundación XPRIZE lanzan concurso con un premio de 5 millones de dolares para incentivar el desarrollo de algoritmos aplicables a la computación cuántica

Las computadoras cuánticas se están convirtiendo en un nuevo comienzo para la informática. Se tratan de ordenadores capaces de llevar a cabo tareas de modo mucho más veloz, económico y eficiente que los ordenadores clásicos, por lo que se especula que virtualmente podrían dar un giro de 180 grados a cómo se diseñan materiales, se desarrolla inteligencia artificial, se tienen listos nuevos fármacos para atender futuras pandemias o se construyen reactores de fusión más seguros.

Es por eso que Google y la fundación XPRIZE lanzaron el pasado 4 de marzo un concurso para investigadores que puedan plantear usos prácticos para esta tecnología de vanguardia. En último término, se pretende incrementar el bienestar de la sociedad global, aunque el problema que el concurso pretende esclarecer se lee todavía demasiado esencial. En palabras de Nicolás Quesada del Politécnico de Montreal, “el concurso da en el clavo en que tenemos que averiguar qué hacer con una computadora cuántica”.

Pero, ¿en qué se basa este nuevo campo de posibilidades? Desde una explicación teórica, la mecánica cuántica es un área de estudio en la física contemporánea abocada al ámbito microscópico de las partículas y su comportamiento. Visionando la escala subatómica del universo, parte de ecuaciones que describen cómo interactúan estas partículas, a diferencia de las ecuaciones con las que se puede describir la realidad macroscópica a nuestro alrededor. Las computadoras cuánticas se basan en estos comportamientos para hacer cálculos de una forma inédita. No obstante, ya es un reto tan solo que los principios cuánticos exijan desarrollar un nuevo diccionario de términos para que sea posible comprenderlos a cabalidad.

El procesador de un ordenador clásico realiza cualquier función mediante la manipulación de bits, y análogamente, a un ordenador cuántico se le plantean funciones mediante “cúbits” o bits cuánticos, cuyo referente es esta relación de partículas. La manipulación de estos cúbits por dispositivos de control es el núcleo del poder de un procesador cuántico. La superposición de cúbits es el paralelismo propio de estas computadoras respecto del sistema binario de las computadoras clásicas, permitiéndoles terminar millones de operaciones al mismo tiempo. Esto es posible porque, a semejanza de las ondas en la física clásica, este concepto de superposición de la física cuántica implica que pueden agregarse dos o más estados cuánticos, dando como resultado en nuevo estado válido. O es posible representar cada uno de estos estado como la suma de dos o más estados distintos.

Grandes compañías como Intel, IBM, Google, al igual que una creciente cantidad de compañías emergentes, buscan ser las primeras en ser parte y dominar este nuevo paradigma que permitiría maximizar el rendimiento de actividades de todo tipo. Por ejemplo, en el año 2019, esta última empresa anuncio por todo lo alto su ordenador cuántico “Sycamore”, presumiendo sus muchas ventajas como realizar cálculos prácticamente imposibles incluso para los mejores superordenadores existentes. O Atom Computing es otro ejemplo, una startup que asegura poner a la venta el próximo año la computadora cuántica más poderosa hasta la fecha. En términos simples, hay una lucha abierta por la supremacía cuántica, aunque, dicho lo dicho, aunque este escenario puede estarse aproximando, todavía no existe una computadora de este tipo que pueda resolver un problema de mejor forma que una convencional. Se está librando una contienda por aventajar a los demás en un campo de acción que aún no existe, a pesar de las premisas de la teoría sobre posibilidades ulteriores para desarrollar cierta tecnología e implementar soluciones a necesidades urgentes.

De acuerdo con Ryan Babbush, director de Google Quantum AI, “hay muchos problemas matemáticos bastante abstractos en los que podemos demostrar que las computadoras cuánticas ofrecen aceleraciones muy, muy grandes”. El problema es que gran parte de la comunidad de investigación “se ha centrado menos en tratar de hacer coincidir esas aceleraciones cuánticas más abstractas con aplicaciones específicas del mundo real, y en tratar de descubrir cómo se podrían usar las computadoras cuánticas”. Muchos de estos avances se tratan solo de experimentos, y si bien ya ocurre una competencia constante por superar resultados, este tipo de concursos son un reconocimiento de que muy poco se ha aplicado pensando en resolver problemas del día a día, por lo que desde cierto punto de vista falta todo por hacer.

Esto es lo que ha impulsado a Google y XPRIZE para dar incentivos a los investigadores más capaces. El primer objetivo es el de idear algoritmos cuánticos como parte de un proyecto competitivo de tres años. Los algoritmos ganadores de este concurso pueden emplearse para resolver problemas de la sociedad. No obstante, según Babbush, solo hace falta que estos investigadores resuelvan el problema matemáticamente, por lo que aún existe una distancia respecto de la práctica. De momento, lo único requerido es hacer ver cómo podría aplicarse un algoritmo, pormenorizando las especificaciones computacionales exactas. Pero a pesar de ser un ejercicio más bien especulativo,  alternativamente los competidores podrían también mostrar las aplicaciones de algoritmos cuánticos existentes en un hardware real que ayude a resolver tareas de la misma diversa índole, por ejemplo: generar predicciones más precisas sobre la relación de fármacos y proteínas del cuerpo humano, simulaciones de eficientes cargas de la red eléctrica o el modelado de mejores materiales para reducir las emisiones de carbono.

Sin embargo, para muchos el mayor reto sigue siendo un primer paso obvio: construir estas computadoras cuánticas. Bill Fefferman de la Universidad de Chicago admite ser “optimista de que encontremos algoritmos que sean realmente útiles”. Pero se vuelve pesimista al asegurar que será imposible que “en los próximos tres años seamos capaces de descubrir esos algoritmos y después implementarlos en un hardware que vaya a existir".

El concurso de Google y XPRIZE pretende que los ganadores aborden temas en línea con los objetivos de desarrollo sostenible de Naciones Unidas, además de contestar si sus algoritmos cuánticos podrían aplicarse a procesadores actuales o futuros. Se trata de un premio de 5 millones de dólares serán repartidos: 3 millones para tres ganadores, 1 millón más para cinco finalistas y 50.000 dólares para cada uno de los veinte semifinalistas.