Computación Cuántica: El futuro de la Computación con Software Libre

Hace poco, en un anterior y reciente artículo de DesdeLinux llamado “Microsoft libera su compilador Q # y simuladores cuánticos” hablamos un poco sobre el tema de la “Computación Cuántica“. Pero ¿Qué es la Computación Cuántica?, ¿Qué beneficios y avances aporta? ¿Que tipo de Hardware y Software usa? y lo más importante para nosotros: ¿Hay avances o aportes del Software Libre en el ámbito de la Computación Cuántica?

En esta publicación abordaremos brevemente todas estás interrogantes para que al igual que con otras nuevas tecnologías, tales como, la supercomputación, la inteligencia artificial, el big data, la cadena de bloques, la tecnología 5G, entre otras, podamos ir conociendo, profundizando y apropiándonos del conocimiento sobre las mismas.

La computación cuántica es para las grandes corporaciones privadas y potencias mundiales una de las principales tecnologías que cambiarán la “reglas del juego” del mundo tal como lo conocemos. Es decir, será una de las próximas grandes innovación en el área de la computación durante este siglo, muy a pesar del costo prohibitivo y la falta de accesibilidad de la misma.

Por ahora investigadores, instituciones académicas, organizaciones privadas y gobiernos trabajan e invierten importantes cantidades de recursos tecnológicos y financieros para lograr de forma efectiva y eficaz usar la física cuántica sobre nuevos ordenadores para realizar cálculos mucho más rápidos que con ordenadores de computación tradicional.

Computación Cuántica

¿Qué es la computación cuántica?

La Computación Cuántica es aquella que aprovecha las previstas características cuánticas de las partículas, especialmente la superposición y el enmarañamiento, para ejecutar procesos y realizar cálculos a velocidades increíbles con respecto a los sistemas tradicionales. Todavía es una tecnología en desarrollo cuyo florecimiento está en su pleno apogeo.

A la par de aplicar las leyes de la mecánica cuántica para procesar información para lograr mayores velocidades, también se obtiene la capacidad de resolver problemas difíciles a los que no llega la computación tradicional. Y por último, los ordenadores que usan está tecnología almacenan mucha más información que las clásicas, es decir, tienen el potencial de trabajar (procesar) grandes cantidades de cálculos, mediante su ejecución en paralelo y en segundos.

¿Cómo trabajan los ordenadores cuánticos?

Los actuales y clásicos ordenadores usan una secuencia de bits binarios. Cada bit usado está siempre en uno de los dos estados conocidos definitivos, cero (0) o uno (1). Los cuales actúan como interruptores de encendido y apagado para controlar las funciones de la computadora.

En contraste, un ordenador cuántico utiliza los bits cuánticos o qubits. Los cuales, cada uno de ellos puede representar tanto un cero (0) como un uno (1) simultáneamente. Lo cual permite que estos pueden admitir unidades de datos que al mismo tiempo pueden existir en más de un estado. Esta característica es un limitación existente en los ordenadores actuales de la era de la computación tradicional que usa el sistemas binario.

¿Cómo es el hardware cuántico?

Los ordenadores cuánticos no pueden reutilizar casi nada del HW usado actualmente en los ordenadores clásicos. Ya que estos principalmente se centran en el flujo de electrones por cables superconductores que se enfrían a temperaturas extremas. Por lo que la refrigeración de los mismos requiere una combinación de gases superfríos, como el helio-3, que un isótopo del helio que es tremendamente difícil de conseguir.

Los ordenadores cuánticos se construyen por ahora bajo este principio de la criogenia o súper-refrigeración, pero se sigue avanzando en alternativas más avanzadas y futuristas como sistemas basado en campos electromagnéticos y control por láser que podría solucionar la falta de componentes que sufre la disciplina.

Además países como EEUU, por medio de empresas como IBM, Google y Microsoft, está bastante avanzado en cuanto al desarrollo de sus propios ordenadores cuánticas. Y China, por medio de empresas como Alibaba y Baidu, no se queda atrás. Rusia y Europa todavía están en planes de I+D.

¿Que software cuántico hay actualmente?

A nivel comercial actualmente se conoce al “Quantum Dev Kit” (Kit de Desarrollo Cuántico) de Microsoft, el cual es un software privativo y cerrado. Al cual también se puede acceder a través de su Microsoft Quantum Network, que no es más que una red formada por una coalición de socios de MS para lograr compartir el conocimiento y colaborar con los mayores innovadores en computación cuántica.

Otro software cuántico proveniente de la empresa privada, pero lanzado como Software Libre, es QUISKIT (Quantum Information Science Kit). QUISKIT es un proyecto de Software Libre bajo Licencia Apache creado por IBM. QISKIT permite una interacción programática con el procesador cuántico y los simuladores de IBM haciendo uso de código Python que interactúa con el sistema cuántico mediante un lenguaje de representación intermedio denominado OPENQASM.

Este Software Libre cuántico llamado QUISKIT vio luz en el año 2017, cuando IBM convirtió su proyecto lanzado en el 2016, llamado “Quantum Experience”, mediante el cual puso a disposición de todo el mundo un procesador cuántico de 5 qubits a través de su nube propia.

Por ahora QUISKIT actualmente esta compuesto por un:

• API: Un wrapper Python sobre la API HTTP de la Quantum Experience que permite conectar y ejecutar código OPENQASM.
• SDK: Un kit de desarrollo para la generación de circuitos y que permite utilizar la API QISKIT para acceder al hardware de la Quantum Experience y a los simuladores.
• Lenguaje: Un conjunto de especificaciones, ejemplos, documentación y herramientas para la representación intermedia de OPENQASM.

Probablemente hayan muchos más menos conocidos, pero actualmente QUISKIT marca la pauta a nivel de Software Libre cuántico. Y que el mismo disponga de un API en Python va a permitir que los programadores de todo el mundo, sobre todo los del ámbito del Software Libre, puedan comenzar a experimentar y a trabajar con el procesador cuántico disponible en su nube.

Conclusión

La computación cuántica, hoy día es una excelente oportunidad de investigación y desarrollo (I+D) tanto para personas (matemáticos, físicos, informáticos y expertos) como para organizaciones publicas y privadas, en el área de las ciencias de la computación. Aunque esta se encuentre actualmente en sus inicios, esta nueva rama del conocimiento y la tecnología verá el despliegue de su potencial en los años por venir, aunque para llegar a verla sobre nuestros ordenadores de escritorio hará falta muchísimos años más después de su desarrollo comercial.

Pero seguramente en el área del Desarrollo del Software Cuántico tanto privativo como libre seguramente se avanzará mucho más rápido, y seguramente el Software Libre tome ventaja en está área tan novedosa.

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