Computación Cuántica: para qué sirve y cómo podría cambiar el mundo

Todos nuestros ordenadores funcionan con bits. Nos han dicho esto
todo el tiempo: ceros y unos. ¿Por qué no un dos? ¿Por qué no un tres? Porque esto es realmente
un pase eléctrico. Cuando la electricidad
pasa por un cable, ese es un "uno". Cuando no pasa, eso es un "cero". Y esos son los pedacitos. ¡Súper sencillo! Y lo que hicimos
fue crear filas de cables por donde pueden pasar
muchos bits al mismo tiempo para expresar números más grandes. Decidimos, como humanidad, que iban a ser grupos de ocho, y esos grupos de ocho bits, los llamamos "bytes". ¿De donde viene esto? De la computación clásica, de los sistemas digitales. Aprende, en el
Curso de Fundamentos de Ingeniería de Software, cómo funcionan las computadoras por dentro y cómo funciona toda esta historia a un nivel extremo de detalle. Pero lo que no aprendes,
al menos por ahora, son los qubits. ¿Qué es un qubit? ¡Un qubit es esto! Donde, a la izquierda,
ves el cero y el uno, eso es un poco, a la derecha ves un qubit, que es claramente un uno
en la parte inferior, un cero en la parte superior, una esfera que tiene
una intersección en el radio.

. Esa intersección en el radio tiene un delta de la amplitud
de la onda de interferencia, es súper simple de entender. Muchas gracias por venir aquí, a esta explicación
de la computación cuántica. Espero que haya sido
muy claro– ¡No entiendo una [ __ ] cosa! ¿Qué es esto? ¿De dónde vienen los qubits? Los qubits son una cosa muy rara, porque provienen de
un concepto que es, básicamente, la física cuántica. La física clásica es algo
que entendemos: las cosas son o no son. A nivel cuántico, las cosas se están poniendo muy extrañas. Sabemos que todo lo que nos rodea son moléculas y esas moléculas están
compuestas de átomos, y esos átomos tienen
neutrones, electrones y protones. Y, por dentro, ahí es cuando empieza
a ponerse raro. Empiezan a aparecer otro conjunto de partículas, otra serie de movimientos energéticos y otras circunstancias, que entran en el ámbito de lo que
se llama física cuántica. Uno de los factores fundamentales
de la física cuántica es que no se puede observar. La física cuántica está en
constante cambio, y en el momento en que se observa es como si pasara un filtro
y "colapsara" la función.

Seguramente
has escuchado todo esto y no entiendes una [ __ ] cosa. ¿Qué significa todo lo que
este hombre está diciendo? Básicamente, la física cuántica es una forma diferente
de hacer cálculos, donde en lugar de tener
números absolutos, como el cero y el uno, tenemos probabilidades. Un qubit aún vale cero y uno, pero también vale todos los
valores intermedios y múltiples qubits interactúan entre sí, con lo que se llama interferencia, para determinar
la probabilidad de un problema.

Echemos un vistazo más de cerca
en profundidad al comenzar a comprender cómo se ve una computadora cuántica. Se parece a esto. Es como un cilindro. Si lo ves, es un cilindro gigante, y dentro tiene esto. Esta es una computadora cuántica. En realidad, la computadora cuántica
no es toda esta historia. La computadora cuántica
es esa cosita al final, plateada, que tiene una "Q". Esta es la primera
computadora cuántica comercial, accesible desde la nube, desde un servidor web. Se llama IBM Q System One. IBM ha
estado investigando la computación cuántica durante muchos años y desarrollaron este sistema. En este momento tiene
la capacidad de 16 qubits, y vamos a llegar al punto
en que vamos a tener hasta 20 qubits disponibles. ¿Para qué es toda esa historia, si solo la punta
es realmente la computadora? Es porque, para que la tecnología cuántica computación
para funcionar no puede recibir
interferencias externas, por ejemplo, interferencias de luz, de otros átomos, de calor, de nada, entonces todo el sistema, es realmente
un sistema de enfriamiento y vacío, de modo que nada interfiere con los componentes
que generan los qubits .

Es un vacío, como el espacio, y de hecho, es de 200 a 300 veces
más frío que el espacio profundo . Baja a 15 grados miliKelvin. Así de frío es
, es demasiado frío, cerca del cero absoluto, que es el frío más frío que hay, para que los qubits realmente puedan funcionar. l esto viene de hace
muchos años, de uno de los físicos más famosos, y uno de los mejores
profesores de física de la historia: Richard Feynman.

Richard Feynman,
en una conferencia, que fue la primera sobre la
física de la computación en el MIT, argumentó que eventualmente llegaremos a un punto
en el que la computación clásica … Estamos hablando de
los años cincuenta, sesenta, donde las cosas eran todavía no estaba tan claro, que la computación clásica
no iba a ser suficiente. Que no podremos, con nuestras computadoras normales de
ceros y unos, seguir simulando cosas. Y eso, sobre todos los
fenómenos cuánticos , iba a requerir una computadora cuántica
para poder calcularlos realmente. Muy pocas empresas
han creado computadoras cuánticas. A nivel público sabemos que IBM tiene una, que Google tiene otra… Hay una start-up, de Y Combinator que se
llama Rigetti, que tiene otra…

Y hay una
empresa completamente diferente, fundada en 1999,
que sigue una teoría diferente para desarrollar la computadora cuántica
llamada D-Wave, que tiene otra. Técnicamente, debido a que
la computación cuántica puede ser una de las tecnologías más revolucionarias
de la humanidad, entonces múltiples
gobiernos que pueden o no haber desarrollado la computación cuántica , no les interesa hacer
esto público. como decir,
"mira, tengo una computadora cuántica". Ahora bien, lo cierto es que la gran mayoría de la ciencia
detrás de la computación cuántica es bastante evidente y es muy
difícil ocultar este tipo de avance. Sin embargo, esto es
tan importante para los gobiernos que incluso el
presidente más analfabeto de la historia moderna decidió firmar un acuerdo de $ 1,200 millones
para impulsar la computación cuántica en los EE.

UU., probablemente sin entender
qué demonios estaba firmando, pero esto tuvo apoyo. de,
básicamente, todo el congreso. El gobierno de EE. UU.
está implementando leyes equivalentes a la época
en que se creó Internet, a través de DARPA, el brazo de investigación de defensa del Pentágono para desarrollar la computación cuántica. ¿Cuál es el problema? El problema es que estamos llegando
al límite máximo de estos dispositivos. Estamos llegando al límite máximo en el que podemos
miniaturizar un procesador. Los procesadores , lo que te
permite ver mi cara en este momento,
donde nos sentamos , lo que te hace
ganar dinero cuando programas.

Los procesadores son realmente
una serie de transistores. Un transistor,
en su forma más sencilla de explicar, es algo que hace
pasar o no la electricidad. Eso es un cero o un uno. Y uno puede juntarlos
de manera que algo… se convierta en una cosa
llamada puerta lógica. De ahí sale el "Y",
el "O", el "O exclusivo", y que uno puede convertirlos en
estructuras que eventualmente se convierten en las variables,
en los condicionales, en los ciclos, que eventualmente se convierten en objetos, en matemáticas.

procesamiento, que eventualmente se convierten en procesadores en serie, a los que llamamos CPU, o procesadores paralelos, a los que llamamos GPU. Esos transistores, cuanto más podamos
empaquetar en un espacio pequeño , más rápidos son. El problema es que,
cuantos más transistores , más electricidad usan
y más se calientan. Entonces, tuvimos que desarrollar
una arquitectura completamente nueva para los teléfonos,
que es la arquitectura ARM. Mientras que la arquitectura
de estos equipos es x86. Todo esto se explica en el
Curso de Fundamentos de Ingeniería de Software de Platzi, en platzi.com/foundations. El problema es que, a medida que los transistores se hacen más pequeños, no podemos hacerlos más pequeños, porque estamos
alcanzando el límite atómico de los procesadores. ¡Mira esto! Lo que ves a la derecha
es del tamaño de un cabello humano, 50 nanómetros de diámetro. Luego tienes un cromosoma humano, una bacteria, y luego tienes
una puerta lógica de 1998 y una puerta lógica de
2005, 0,1 nanómetros.

En este momento estamos logrando
puertas lógicas mucho más pequeñas, que se acercan al tamaño de
contarlas en número de átomos. Pero, eventualmente,
ya no podremos miniaturizar. Nos has preguntado por qué Intel no ha podido superar los 3 gigahercios
en mucho tiempo, y lo que están haciendo es crear
procesadores multinúcleo… En parte porque la informática móvil
cambió completamente el juego, pero en parte es que las fundiciones
de las empresas procesadoras no han podido competir. Las obleas, que son
estas bolitas que– Una oblea, una oblea,
sean los procesadores que sean, la tecnología detrás de la cual
logramos miniaturizar, llegó a un límite y está
generando muchos errores.

Es muy difícil hacer estos
procesadores más pequeños. Y el otro problema es que
tenemos algunos bits que tienen un límite. ¿Cuál es la magia del qubit? La magia de los qubits,
o procesadores cuánticos, es que, donde en un bit
puedo tener cero y uno, en un qubit puedo tener todas las
posibilidades al mismo tiempo. No es exactamente
así pero, por ejemplo, si tengo dos bits
, pueden ser cero y uno, uno y uno, cero y cero,
cero y uno, uno y cero, ¿no? Pero en un qubit puedo
tenerlos todos al mismo tiempo. Eso significa que si tengo 64 bits, la misma cantidad de qubits me permite tener números del 64 al 64. Esa es la magia de la computación cuántica. Pero, ¿cómo funciona realmente detrás? ¿Cómo funciona una computadora cuando
le preguntamos cuánto es dos más dos? ¡Es fácil! Una computadora normal
agarra estos números, los baja a su mínima expresión: Uno más uno, más uno, más uno, más uno, y ya sabes que uno más uno,
más uno, más uno, más uno, es igual a cuatro, ¡listo! Eso es todo, problema resuelto.

Y lo resuelve en serie. ¿Cómo resuelve un ordenador cuántico
este problema? Una computadora cuántica
toma dos más dos, lo ensambla en un sistema de probabilidad y comienza a decir:
"¿Será eso uno? ¿Será eso dos? ¿Tres? ¿Cuatro?
tal vez sea cuatro– "¡No, tal vez sea 512!" Y lo que hace es traer algo
que se llama interferencia. La interferencia es
que los diferentes qubits que tienen los números equivocados, en realidad los que tienden a 0, pero no quiero entrar
en la teoría matemática, los que tienden a 0
comienzan a colapsar la onda.

¿Qué diablos es eso? No te preocupes por eso, a menos que
quieras estudiar física cuántica. Pero básicamente lo que sucede es que hay algunos qubits que se
vuelven más probables que otros, y esto se le informa
al usuario de la computadora cuántica. Entonces, de repente,
la computadora cuántica comienza a decir: "Mira, no estoy seguro ", pero creo, con un 90% de probabilidad, "que dos más dos son cuatro ". ¿Listo? Ya verás.” Y esto toma una eternidad, pero eventualmente te dice, “Listo, ¿puedo parar ahora?
¿O quieres que siga simulando? "Porque sigo buscando opciones para ver cuál
tiene la mayor cantidad de probabilidad".

Y los que están más alejados tienen
una amplitud de onda diferente, o una mayor probabilidad de error, o un colapso en la interferencia más fuerte. Es por eso que tenemos que mantener
estas computadoras por debajo de cero, o cerca del cero absoluto, en el vacío, básicamente en condiciones de espacio profundo, 274
condiciones de espacio profundo, para que ningún átomo, ninguna
radiación energética externa afecte a los qubits. Esto parece súper innecesario
para un 2 más 2, ¿verdad? En realidad, para la mayoría de los casos, las
computadoras cuánticas son inútiles.

Una computadora cuántica no va a
reemplazar una hoja de Excel , no va a reemplazar la capacidad
de escribir una carta en Word, no va a reemplazar un navegador que
nos permite ver gatitos en Internet. No, para eso nuestros ordenadores normales siguen siendo muy buenos. Pero, por ejemplo, hay algunos
problemas matemáticos que son muy difíciles, como los factores, los números primos
y la divisibilidad de un número. ¿Por cuánto es divisible 91? ¿Cuántos números hay por los
cuales 91 es divisible? Ya sabes cómo se hace esto
en las matemáticas clásicas , tomas, "91 dividido por 91 es uno", todos los números son
divisibles por sí mismos.

Pero, por ejemplo, el 91 tiene un problema, y ​​es que la mitad es 45,5,
que sería un número irracional… No, no es un número irracional… En fin, un número con decimal. ¿Cuántos números, sin decimal–? ¿Por cuántos naturales es divisible 91? Entonces, ¿qué tiene que hacer una computadora normal
para encontrar la respuesta a eso? Es muy fácil, pasas el
número 91 por TODAS las opciones. "¿91 dividido en este? No. ¿
Dividido en este? No": ¡Son muchas opciones! Y a medida que el número
aumenta , tienen que hacer muchas
más elecciones y es MUY lento. ¡La criptografía moderna depende de esto! La mayoría de nuestras claves públicas y privadas, y la teoría criptográfica moderna,
dependen de que creemos algunos números gigantescos y súper grandes, y calculemos previamente
los divisores de esos números gigantescos.

Y esas son las claves. Y dado que lleva tanto tiempo en una computadora normal , puede llevar cinco mil
años calcularlo cincuenta mil años,
cinco millones de años, dependiendo del tamaño del número. Entonces, estamos seguros. Así funciona bitcoin,
así funcionan los bancos, así funciona la criptografía moderna. Pero, ¿qué pasa con
una computadora cuántica? Una computadora cuántica toma sus qubits e inmediatamente comienza a
probar todas las opciones, y en un nanosegundo
, de repente dice, "vamos 91… "Creo que hay un 90% de
probabilidad de que sea 7 ", y también tengo un 90% de
probabilidad de que sea 13, "que 91 y un 13 sea divisible ", y que 91 y un 7 sea divisible. "¿Quieres más?
Sigo calculando, "pero en el primer micro segundo
tengo un 90% de probabilidad".

¿Entonces, que haces? Porque dirías, "¿Qué diablos me importa la
probabilidad?" Pero como la probabilidad es tan alta
, tomas una computadora normal, una computadora de toda la vida , tomas ese número y las pruebas, y dices: "¡Oh, ma–! "Esto es real,
7 y 3 son ¡los correctos!" ¡ Boom! Cómputo descifrado. Esa es la fórmula con la que
funciona una computadora cuántica .

Genera una probabilidad y luego,
con una computadora clásica , regresas y verificas los resultados y ese es el final de
la seguridad informática del planeta. Porque, por ejemplo,
91 es un número pequeño, pero ¿cuánto tiempo le toma a una computadora normal
verificar el factor de 67833309128? Bueno, va a tomar mucho tiempo, ¡
donde a una computadora cuántica no le importa ! el número
cabe en los qubits, ¡zas! lo resuelve.

Y si no encaja, tal vez haya
algoritmos que lo hagan funcionar. Para la gran mayoría de los algoritmos,
la computación cuántica no es la respuesta. No vas a usar un
computadora cuántica para jugar… The Witcher 4. No vas a usar una
computadora cuántica para componer música. Usamos
una computadora cuántica para muchas cosas que ya
usamos en una computadora normal, pero vamos a
resolver estos problemas, que son problemas gigantes que se pueden resolver
con probabilidad. En resumen, en el nivel cuántico
, miras las opciones, y luego en el normal
, miras la verificación. ¿Cómo funciona esa verificación? Porque hay interferencia constructiva
e interferencia destructiva. La interferencia destructiva es cuando la probabilidad de los qubits
es tan opuesta o tan incorrecta que al usuario simplemente se le dice
"esta probabilidad es demasiado baja".

La interferencia constructiva es
cuando los qubits se dicen entre sí "probablemente esta sea
la respuesta correcta". La razón por la que la computación cuántica
es tan difícil, por un lado, es porque usted… Imagine construir un teléfono
que en su interior tenga un procesador que esté rodeado por una máquina
que mantenga ese procesador a 15 miligramos Kelvin en el vacío. En un vacío casi perfecto. Muy difícil, no puedo hacerlo. Por eso están atrapados en esos tubos. Hacerlo en una computadora es diferente. Probablemente, la computación cuántica
va a ser, durante mucho tiempo, supercomputadoras
encerradas en un sótano a las que
accedemos a través de Internet normal en una
interfaz de computadora tradicional tradicional y les compramos
tiempo para hacer procesos, muy similar a cómo comenzó la computación
en los años sesenta, en el pasado.

¿Para qué sirve el cálculo entonces? En primer lugar, para la criptografía. Por un lado, romper
algoritmos de encriptación que en este momento
existen en la humanidad, y por otro lado, crear
algoritmos de encriptación completamente nuevos que en este momento
ni siquiera entendemos, que nos permitan crear una especie
de cuántica aleatoria. llave. Un tipo de clave de cifrado
que es imposible de descifrar porque simplemente
pertenece al ámbito de la computación cuántica.

¿Sabes cómo sabemos que todavía no hay
computadoras cuánticas funcionales? Porque el sistema económico
del mundo sigue funcionando. Porque el
sistema de seguridad informática del mundo sigue vivo. Esa es la forma en que sabemos. Dirás,
"oh no, pero seguro Rusia, "seguro Hong Kong,
seguro China, seguro–" No, no, no. Si hubiéramos descifrado
la criptografía, ya lo sabríamos, entonces todavía no tener… 20 qubits es muy poco, y eso es lo máximo que
hemos logrado con el IBM Q1, que realmente es más
un símbolo que un cómputo. Otra forma en la que se usa el cómputo cuántico
es en la simulación, por ejemplo, simulando un molécula. Eso nos permitirá simular… Las cadenas de proteínas dependen
del ángulo en el que se doblan para hacer algo completamente diferente. La forma en que se doblan en
espiral es lo que genera el ADN, el ácido desoxirribonucleico, que es lo que genera la vida en la
vida del planeta Tierra.

Así mismo, las diferentes cadenas de proteínas
y sus ángulos de plegamiento, son las que nos permiten descubrir nuevos medicamentos
y nuevas alternativas, básicamente, para hacer que la humanidad
viva mucho más tiempo. Simular esto nos va
a permitir avanzar. siglos en campos médicos, biológicos y tecnológicos
e incluso biote tecnológico. ¿Qué no es cuántico? Y es muy
importante mencionar esto antes de terminar. No existe
una cosa cuántica especial que nos permita teletransportarnos. La teletransportación cuántica es un
concepto físico que no tiene nada que ver con que yo esté aquí
y ahora estoy aquí, del otro lado. Todavía no existe , es simplemente algo que está
en el reino de la imaginación. En el reino de lo matemáticamente posible,
pero prácticamente imposible de ejecutar. No es una comunicación más rápida que la luz
, que no existe en nuestro
modelo físico actual, y probablemente nunca existirá.

Tampoco es una forma de que nos conectemos
con el alma de las personas, y que nuestro
cerebro funcione de manera cuántica, y aquí tenemos que hacer una pausa , es muy posible que nuestro cerebro funcione
con fenómenos cuánticos, y que las neuronas y la fórmula
en la forma en que funcionan nuestras memorias está, de una u otra forma, ligada a la forma en que
se producen los fenómenos de la física cuántica. Pero no hay forma de saberlo, y toda la gente que
dice que lo sabe es… Es mentira. Están mintiendo. No creas todo lo que dicen por ahí de
que es computación cuántica, porque probablemente sea mentira. ¡Es mentira! "Oh, es solo que este es un
fenómeno cuántico del cerebro "para conectarse con el alma de los muertos–" ¡[ __ ]! "Tengo una
teoría cuántica de la conexión del alma–" ¡ Es una mentira! cosa que te cura–" Cualquier cosa que diga "cuántica"
, te la están tratando de vender, a menos que sea un curso de física cuántica, o algo que tenga que ver con
física y matemáticas, es mentira.

Las únicas empresas que tienen
computación cuántica en este momento son IBM, Google, D-Wave y Rigetti, y ninguno de ellos es
capaz de usar la computación cuántica para cosas reales,
para cosas aplicables en la industria. Cualquier cosa que suene
como "el alma cuántica" o el " fenómeno cuántico de los seres–" No, es mentira..

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