Microsoft lanza herramientas que simulan al ordenador cuántico

A pesar de todos los avances informáticos, los investigadores todavía se enfrentan a problemas tan complejos que sería imposible resolverlos con un ordenador tradicional. Dificultades que encontrarían solución usando los principios de la física cuántica. Así, el mismo problema se podría solventar en cuestión de horas o incluso minutos con un ordenador cuántico.

Aunque todavía no existen equipos de este tipo trabajando a gran escala, el potencial es tan grande que ya se preparan sistemas para poder utilizarlos en cuanto estén disponibles. En ello trabaja por ejemplo el Grupo de Investigación Cuántica de Microsoft (QuArC), que acaba de lanzar públicamente un conjunto de herramientas que permitirá simular capacidades de un ordenador cuántico.

"Algunos de esos problemas que consideramos muy complicados en un ordenador digital, pueden ser fáciles en uno cuántico", asegura Krysta Svore, directora de QuArC, en una nota de prensa de Microsoft. Precisamente el arquitecto principal de la investigación, Dave Wecker, presenta esta semana el reciente lanzamiento en la conferencia SuperComputing 2015, que se celebra en Texas.

El software denominado LIQUi|> (por las siglas en inglés de Language-Integrated Quantum Operations) recoge en los caracteres finales la esencia de una operación cuántica en términos matemáticos. Incluye un lenguaje de programación, algoritmos de optimización y planificación, y simuladores cuánticos. Y desde hace poco está disponible en la plataforma de desarrollo colaborativo GitHub.

Se trata de un paso previo crucial para poder trabajar más adelante con un ordenador cuántico real, lo cual se calcula que podría ocurrir dentro de diez años. "Es lo más cerca que podemos estar de ejecutar un ordenador cuántico sin tenerlo", subraya Wecker.

Anticiparse

El objetivo es que tanto los informáticos de Microsoft, como desarrolladores y académicos de cualquier parte del mundo, dispongan de los medios necesarios para perfeccionar los algoritmos que permitan utilizar de forma eficiente un ordenador cuántico. De esta forma se trabaja en paralelo al desarrollo de los propios ordenadores. Además, al facilitar el acceso al software, esperan acercar a más informáticos y estudiantes de este campo para que tengan una mayor idea de su potencial. "Si no hay forma de acceder a la computación cuántica y entender cómo funciona no se van a sentir atraídos", advierte Svore.

LIQUi|> es uno de los muchos proyectos de computación cuántica que los investigadores de Microsoft han llevado a cabo en la última década de cara a la creación de la próxima generación informática, que tendrá un profundo efecto en la sociedad. La idea es diseñar software, hardware y otros elementos de la computación al mismo tiempo. “No sólo se trata de hacer qubits. Hay que crear el sistema”, destaca Wecker.

El qubit es la unidad de información cuántica, y el elemento clave para un ordenador de estas características. Su uso permitiría, según los investigadores, evaluar rápidamente múltiples soluciones a un problema al mismo tiempo, en lugar de secuencialmente. Eso daría a los científicos la posibilidad de realizar cálculos complejos a alta velocidad, permitiendo a biólogos, físicos o químicos obtener información que nunca antes creyeron posible.

En el ámbito de los fertilizantes, por ejemplo. Estos son cruciales para alimentar a la creciente población mundial, ya que permiten que las plantas se desarrollen mejor y más rápido. Sin embargo, el uso de fertilizantes sintéticos, elaborados con derivados del petróleo y el gas natural, son caros, agotan un importante recurso natural y se consideran perjudiciales para el medio ambiente. Con un ordenador cuántico, los científicos podrían localizar la sustancia química que usan las bacterias para crear naturalmente los fertilizantes, facilitando una alternativa al producto sintético actual.

El increíble potencial cuántico también se podría utilizar para encontrar la manera de crear baterías orgánicas que no dependan del litio, sustituyéndolas por sistemas que capturen las emisiones de carbono de manera efectiva, lo que contribuiría a reducir los efectos del cambio climático.

Inconvenientes

Sin embargo, los investigadores son conscientes de que el qubit no va a ser la mejor opción para todos los problemas de computación, sobre todo teniendo en cuenta su funcionamiento tan diferente al de los equipos digitales clásicos. Y es que, aunque los ordenadores cuánticos pueden procesar datos mucho más rápido, es muy difícil obtener los resultados de sus cálculos debido a cómo se estructuran los qubits.

Así, para utilizar un sistema cuántico se necesita saber la pregunta correcta, a fin de obtener de manera eficiente la respuesta deseada. Además, los científicos trabajan para crear sistemas que pueden ejecutar una gran cantidad de qubits. Debido a que se trata de un recurso escaso, otro foco importante de investigación es cómo reducir al mínimo el número de qubits necesarios para hacer cualquier cálculo o algoritmo.

Para no enfrentarse a problemas como estos una vez que la tecnología esté implantada, se ha creado un sistema como LIQUi|>, que ayudará a los investigadores a entender qué problemas puede resolver mejor un ordenador cuántico, así como determinar la forma más apropiada de utilizar estos equipos únicos.