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

Todas nuestras computadoras 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, es "uno". Cuando no pasa, es un "cero". Y esos son los bits. ¡ Súper sencillo! Y lo que hicimos
fue crear filas de cables por donde puedan pasar
muchos bits al mismo tiempo para expresar números más grandes. Decidimos, como humanidad, que iban a ser grupos de ocho, y a esos grupos de ocho bits los llamamos "bytes".

¿De donde viene esto? De la informática clásica, de los sistemas digitales. En el Curso de Fundamentos de Ingeniería de Software aprenderá
cómo funcionan las computadoras por dentro y cómo funciona toda esta historia con un nivel extremo de detalle. Pero lo que no se aprende,
al menos por ahora, son los qubits. ¿ Qué es un cúbit? ¡ 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 hasta aquí, a esta explicación
de la computación cuántica. Espero que haya sido
muy claro. ¡ No entiendo nada! ¿ Qué es esto? ¿ De dónde vienen los qubits? Los qubits son algo muy raro, porque provienen de
un concepto que es, básicamente, física cuántica. La física clásica es algo
que entendemos: las cosas existen 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, 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
cambia constantemente y, en el momento en que se observa, es como si pasara un filtro
y "colapsara" la función.

Seguro que
has oído todo esto y no entiendes absolutamente nada. ¿ Qué significa todo esto que
dice este hombre? Básicamente, la física cuántica es una forma diferente
de hacer cálculos, donde en lugar de tener
números absolutos, como cero y uno, tenemos probabilidades. Un qubit todavía vale cero y uno, pero también vale todos
los valores intermedios y varios qubits interactúan entre sí, con lo que se llama interferencia, para determinar
la probabilidad de un problema.

Echemos un vistazo más de cerca y
en profundidad para comenzar a comprender cómo es 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". Se trata del primer
ordenador cuántico comercial, accesible desde la nube, desde un servidor web. Se llama IBM Q System One. IBM lleva
muchos años investigando la computación cuántica 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 sólo la punta
es realmente la computadora? Es porque, para que la tecnología cuántica Para que la computación
funcione 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. Llega a 15 grados miliKelvin. Así de frío es,
simplemente es demasiado frío, cerca del cero absoluto, que es el "El frío más frío que existe, para que los qubits realmente puedan funcionar. Todo esto viene desde
hace muchos años, de la mano 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
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 está tan claro que el cálculo clásico
no iba a ser suficiente. Que no podremos, con nuestros
ordenadores normales de ceros y unos, seguir simulando cosas. Y eso, sobre todo los
fenómenos cuánticos, iba a requerir de un ordenador cuántico
para poder calcularlos realmente. Muy pocas empresas
han creado ordenadores cuánticos. A nivel público, sabemos que IBM tiene una, que Google tiene otra…

Hay una start-up, de Y Combinator,
llamada 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, varios
gobiernos que pueden o no haber desarrollado la computación cuántica no les conviene hacer que
esto sea algo público. como decir
"mira, tengo una computadora cuántica". Ahora bien, la verdad es que la gran mayoría de la ciencia
detrás de la computación cuántica es bastante evidente y es muy difícil
ocultar este tipo de avances. Sin embargo, esto es
tan importante para los gobiernos que incluso el presidente más analfabeto
de la historia moderna decidió firmar un paquete de 1.200 millones de dólares
para impulsar la computación cuántica en los EE.UU., probablemente sin entender
qué diablos estaba firmando, pero esto tenía apoyo.

de,
básicamente, todo el congreso. El gobierno de Estados Unidos
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
a un límite máximo de estos dispositivos. Estamos llegando al límite máximo al que podemos
miniaturizar un procesador. Los procesadores, lo que te permite
ver mi cara en este momento,
dónde nos sentamos, lo que te hace
ganar dinero cuando programas.

Los procesadores son en realidad
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 algo
llamado 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 serán. El problema es que
cuantos más transistores, más electricidad consumen
y más se calientan. Entonces, tuvimos que desarrollar
una arquitectura completamente nueva para los teléfonos,
que es la arquitectura ARM. Si bien 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 tenemos un cromosoma humano, una bacteria, y luego tenemos lo que es
una puerta lógica de 1998 y una puerta lógica de
2005, de 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, con el tiempo, ya no
podremos miniaturizar más. Nos habéis 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 complicado 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 los números 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
toma 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 una computadora cuántica
este problema? Una computadora cuántica
toma dos más dos, los ensambla en un sistema de probabilidad y comienza a decir:
"¿Será uno? ¿Serán dos? "¿Tres? ¿Cuatro?
tal vez sean cuatro… "¡No, tal vez sean 512!" Y lo que hace es introducir algo
que se llama interferencia. La interferencia es
que los diferentes qubits que tienen números incorrectos, 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, 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 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 ". Ya lo verás." Y esto lleva una eternidad, pero eventualmente te dice: "Listo, ¿puedo parar ahora? ¿
O quieres que siga simulando? "Porque sigo mirando opciones para ver cuál
tiene la mayor probabilidad".

Y los que están más lejos 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 bajo 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, en 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, por ejemplo, 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 matemáticas clásicas: "91 dividido por 91 es uno", todos los números son
divisibles por sí mismos. Pero, por ejemplo, 91 tiene un problema, y ​​es que la mitad es 45,5,
que sería un número irracional… No, no es un número irracional… En definitiva, un número con decimal. ¿ Cuántos números, sin decimales…? ¿ Por cuántos naturales es divisible 91? Entonces, ¿qué tiene que hacer una computadora normal
para encontrar la respuesta? Es muy fácil, pasa el
número 91 por TODAS las opciones. "¿91 divididos en este? No. ¿
Divididos en este? No": ¡ Son muchas opciones! Y a medida que el número
aumenta, tienen que tomar muchas
más decisiones 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 que calculemos previamente
los divisores de esos números gigantes. Y esas son las claves. Y dado que en una computadora normal se tarda tanto, se pueden tardar cinco mil años
en calcularlo, cincuenta mil años,
cinco millones de años, dependiendo del tamaño del número. Así que 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 una probabilidad del 90% de que
sea 13, "que 91 y un 13 sean divisibles ", y que 91 y un 7 sean divisibles.

"¿Quieres más?
Sigo calculando, "pero en el primer microsegundo
tengo un 90% de probabilidad". ¿ Entonces, que haces? Porque dirías: "¿Qué diablos me importa la
probabilidad?" Pero debido a que la probabilidad es tan alta,
tomas una computadora normal, una computadora de toda la vida, tomas ese número y los pruebas, y dices: "¡Oh, mamá! "Esto es real,
7 y 3 son ¡los correctos!" ¡ Boom! Computación descifrada. 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 fin 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 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 algoritmos,
la computación cuántica no es la respuesta. No vas a utilizar un
computadora cuántica para jugar… The Witcher 4. No vas a usar una
computadora cuántica para componer música. No vas a usar
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 nivel normal,
miras la verificación.

¿ Cómo funciona esa verificación? Porque hay interferencia constructiva
e interferencia destructiva. La interferencia destructiva se produce cuando la probabilidad de los qubits
es tan opuesta o tan errónea que al usuario simplemente se le dice
"esta probabilidad es demasiado baja". La interferencia constructiva se produce
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…

Imagínese construir un teléfono
que en su interior tenga un procesador rodeado por una máquina
que sostiene 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 y les ganamos tiempo
para hacer procesos, muy similar a como comenzó la computación
en los años sesenta, en el pasado. ¿ Para qué sirve entonces la computación? En primer lugar, para la criptografía. Por un lado, romper
algoritmos de cifrado que en este momento
existen en la humanidad, y por otro lado, crear
algoritmos de cifrado completamente nuevos que en este momento
ni siquiera entendemos, que nos permitan crear una especie
de aleatorio cuántico. llave. Un tipo de clave de cifrado
que es imposible de descifrar porque pertenece simplemente al
ámbito de la computación cuántica.

¿ Sabes cómo sabemos que todavía no hay
ordenadores cuánticos funcionales? Porque el sistema económico
del mundo sigue funcionando. Porque el
sistema de seguridad informática del mundo sigue vivo. Así es como lo sabemos. Dirás:
"Oh, no, pero claro, Rusia", "seguro, Hong Kong,
seguro, China, seguro…" No, no, no. Si hubiéramos roto
la criptografía, ya lo sabríamos, entonces todavía no lo sabremos. tener… 20 qubits es muy poco, y es lo máximo que
hemos conseguido con el IBM Q1, que realmente es más
un símbolo que un cálculo. Otra forma en la que se utiliza la computación cuántica
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 formar algo completamente diferente. La forma en que se pliegan en una
espiral es lo que genera el ADN, el ácido desoxirribonucleico, que es lo que genera vida en la
vida en el planeta Tierra, así mismo las diferentes cadenas de proteínas
y sus ángulos de plegado son las que nos permiten descubrir nuevas medicinas
y nuevas alternativas, básicamente, para hacer que la humanidad
viva mucho más tiempo, simular esto nos va a
permitir avanzar.

siglos en los campos médico, biológico, tecnológico
e incluso biotecnológico. ¿ Qué no es cuántico? Y es muy importante
mencionar esto antes de terminar. No existe nada
cuántico 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. No existe todavía, es simplemente algo que está
en el reino de la imaginación. En el ámbito de lo matemáticamente posible,
pero prácticamente imposible de ejecutar.

No es una comunicación más rápida que la luz
, eso no existe en nuestro
modelo físico actual y probablemente nunca existirá. Tampoco es una forma de conectarnos
con las almas 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 manera u otra, ligada a la forma en que
ocurren los fenómenos de la física cuántica. Pero no hay manera de saberlo, y toda la gente que
dice que sí 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 sólo 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 mentira! "Tengo esta teoría cuántica cosa que te cura–" Cualquier cosa que diga "cuántico",
te lo 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 Los 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 la " fenómeno cuántico de los seres–" No, es mentira..

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