viernes, 7 de abril de 2017

Los nuevos ordenadores cuánticos, al servicio de la investigación química

Los gigantes IBM y Google han anunciado recientemente su intención de comercializar ordenadores cuánticos en los próximos años. El acceso a estos nuevos ordenadores se efectuará mediante un tipo de servicio en la nube de Internet.

IBM proporcionará acceso a sus servicios cuánticos a través de su programa IBM Quantum Experience, que permitirá a cualquiera que se conecte al procesador cuántico de IBM, alojado en la nube IBM Cloud, investigar los tutoriales y las simulaciones que la computación cuántica facilita. Por su parte, Google ha venido probando desde 2009 una máquina comercializada por D-Wave Systems, considerada el primer ordenador cuántico del mundo, y recientemente ha creado su propio laboratorio de hardware para crear una versión de esta tecnología.

Chip de cuatro qubits. Foto de Eric Lucero.

Un ordenador cuántico se basa en un paradigma de computación distinta de la que rige la computación clásica, basada en bits. La computación cuántica —que surge en 1981 cuando Paul Benioff formula una teoría para aprovechar las leyes cuánticas en el entorno de la computación— se fundamenta en el llamado quamtum bit o qubit, que puede manifestarse en tres estados distintos: 0, 1 o los dos valores a la vez. Este último estado hace posible una velocidad de procesamiento desconocida hasta ahora, y se prevé que aporte soluciones a problemas científicos relacionados con la sobreabundancia de datos y alternativas.
Entre las aplicaciones del nuevo paradigma cuántico en la computación hay que destacar la mejora de las predicciones metereológicas, la gestión inteligente del tráfico, la creación de encriptaciones más eficaces para las comunicaciones, el desarrollo de la inteligencia artificial o la elaboración de medicamentos más efectivos.
Pero es muy posible que las mejoras debidas a los ordenadores cuánticos se apliquen antes que nada en la investigación química, ya que, hasta ahora, uno de los usos que se ha encontrado para estos ordenadores es simular moléculas y reacciones. Hace mucho que se emplean simulaciones de moléculas y reacciones químicas para la investigación de nuevos materiales, fármacos o catalizadores industriales, y en este terreno los ordenadores cuánticos son capaces de simular los efectos cuánticos que dan forma a las estructuras moleculares y las reacciones.

Ordenador cuántico de D-Wave Systems. Foto Stephen Lam (Reuters)
Los ordenadores cuánticos permitirán tratar problemas que los informáticos denominan «de optimización», problemas que incluyen la identificación de la mejor solución entre muchas posibilidades. Esta identificación podría ser, por ejemplo, la configuración más estable de los electrodos de un átomo, o la ruta de entregas más eficiente dentro de una ciudad.

Las simulaciones químicas son actualmente el problema optimización que mejor comprenden los investigadores, de modo que saben cómo plantear ese problema a un ordenador cuántico, según explica Chris Monroe, profesor de la Universidad de Maryland y cofundador de la empresa de computación cuántica IonQ.
«La gente ya está construyendo cosas», asegura Monroe, «nunca he visto nada similar. Ya no es solo investigación.»

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