La computadora cuántica de este laboratorio de Maryland podría curar el cáncer y robar contraseñas
El gobernador Wes Moore (demócrata), quien llama a la computación cuántica una “industria faro” para Maryland, ha conseguido más de mil millones de dólares en fondos para ayudar a crear un centro industrial local.
Hoy a las 5:00 am EST
Por Katie Shepherdy
Dentro de un almacén convertido en laboratorio en un suburbio de Maryland, un equipo de físicos teóricos e ingenieros está compitiendo para construir un procesador cuántico lo suficientemente potente como para superar a las computadoras más avanzadas de la Tierra.
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Estos científicos tienen un objetivo ambicioso: quieren acelerar la cura del cáncer. Pero, si lo consiguen, las computadoras cuánticas que creen también podrían revolucionar la seguridad en línea y representar una amenaza para los datos personales, las instituciones financieras e incluso la seguridad nacional.
Los científicos esperan usar la mecánica cuántica para crear un nuevo tipo de computadora capaz de realizar tareas imposibles con las computadoras clásicas actuales, como modelar reacciones químicas complejas entre nuevos fármacos y células cancerosas mucho antes de que los tratamientos se sometan a ensayos clínicos en humanos. Esto podría acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos, indicando a los investigadores qué compuestos tienen mayores probabilidades de éxito antes de comenzar las pruebas, eliminando candidatos improbables y agilizando el proceso para los mejores candidatos.
Computadora cuántica
Computadora clásica
Es casi seguro que estés leyendo esta historia en una computadora clásica (¡a menos que la leas en un periódico impreso!). Las computadoras clásicas usan bits y código binario para realizar tareas computacionales. Tu portátil, tu teléfono y otros dispositivos «inteligentes» usan computadoras clásicas.
Las computadoras cuánticas se basan en los principios de la mecánica cuántica para realizar tareas computacionales demasiado complejas para los procesadores clásicos. Los investigadores esperan que las computadoras cuánticas eventualmente superen las capacidades de las supercomputadoras más avanzadas del mundo.
A diferencia de la inteligencia artificial, que se volvió omnipresente casi de la noche a la mañana después del lanzamiento de ChatGPT en 2022, las computadoras cuánticas crearían una infraestructura informática completamente nueva, una que podría cambiar aún más profundamente el mundo moderno.
El equipo de las instalaciones de IonQ en College Park, Maryland, compite con científicos de Japón, Corea, Gran Bretaña, Texas, Nuevo México, Illinois, Massachusetts y otros lugares del mundo.
Los funcionarios estatales ven la carrera tecnológica como una oportunidad para impulsar la economía de Maryland y reducir su dependencia del gobierno federal. El gobernador Wes Moore (demócrata), quien considera la computación cuántica una «industria faro» para Maryland, ha lanzado una iniciativa de más de mil millones de dólares para crear un centro industrial local.
Pero esa inversión es una apuesta que quizá no dé frutos durante años y que conlleva riesgos tanto financieros como reales.
Nuevas computadoras, nuevos riesgos
Las computadoras cuánticas son un tipo de tecnología completamente nuevo, que destaca donde las computadoras clásicas suelen tener mayores dificultades: analizando sistemas increíblemente complejos afectados por múltiples probabilidades. Al utilizar ideas de la física cuántica, algún día podrían responder preguntas increíblemente complejas que las computadoras clásicas simplemente no pueden abordar.🌸
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Una de las diferencias clave entre su computadora portátil en casa y una computadora cuántica es que una usa bits y la otra usa qubits, o bits cuánticos.
Poco
Qubit
En la computadora portátil o el teléfono en el que estás leyendo esto, el ordenador subyacente utiliza un bit, o dígito binario, como su pieza más pequeña de información computacional. En código binario, un bit suele representarse como un 0 o un 1.
Imagínese una bombilla: si la luz está apagada, la computadora lo representa con un 0; y si la luz está encendida, la computadora lo representa con un 1. Los programadores le dicen a la computadora cómo interpretar esas cadenas de 0 y 1 y convertirlas en representaciones visuales que los humanos pueden entender.
El cúbit, abreviatura de «bit cuántico», es la versión cuántica de un bit. A diferencia de un bit tradicional, un cúbit existe en un estado de superposición, lo que significa que puede estar en cualquier número de estados entre encendido y apagado —como una bombilla regulable— mientras permanece inadvertido en el estado cuántico. Esto aumenta considerablemente la potencia computacional y permite que la potencia de un ordenador cuántico crezca exponencialmente cada vez que se añade un nuevo cúbit.
Superposición
Para visualizar un cúbit en superposición, tome una moneda y gírela sobre una mesa. Al girar, aparecerá cara y cruz, y todas las posiciones intermedias. Esto es superposición. Finalmente, la moneda caerá, y quedará en cara o cruz. De la misma manera, el estado cuántico de un cúbit colapsará, y su posición se observará como 0 o 1.
Las computadoras clásicas usan bits para registrar cantidades masivas de datos. Cada bit puede tener un solo valor —0 o 1— y cada bit añadido a un procesador aumenta la potencia del ordenador. Cien bits son 100 veces más potentes que uno.
El qubit de una computadora cuántica tiene un impacto aún mayor.
Por cada cúbit añadido a un procesador cuántico, la potencia de la computadora crece exponencialmente. Un solo cúbit puede contener simultáneamente valores de superposición de 0 y 1. Dos cúbits pueden generar cuatro variaciones de esos valores (0 y 0, 0 y 1, 1 y 0, 1 y 1). Tres cúbits pueden tener ocho combinaciones diferentes. Tan solo 10 cúbits generan 1024 permutaciones, lo que ya es más de 500 veces más potente que un solo cúbit.
Para crear un cúbit, los científicos de IonQ extraen un electrón de la capa más externa de un átomo de iterbio y usan un imán para atraer la partícula, ahora cargada, hacia una trampa de iones. Ese ion de iterbio se convierte en un cúbit dentro de un procesador cuántico. Si se alinean suficientes cúbits dentro de la trampa de iones, el procesador obtiene la potencia suficiente para cambiar radicalmente el mundo.
Iterbio
El iterbio, que se pronuncia ih-TUR-bi- u m, es un elemento químico y un metal representado por las letras Yb en la tabla periódica. Se utiliza en máquinas portátiles de rayos X, relojes atómicos y láseres. Los átomos de iterbio sirven como cúbits en las computadoras cuánticas de IonQ.
Peter Chapman, presidente ejecutivo y presidente del consejo de administración de IonQ, ha viajado por todo el mundo para convencer a posibles socios de que la computadora cuántica de iones atrapados de la empresa con sede en Maryland tiene las mayores posibilidades de éxito comercial. También ha reflexionado sobre los beneficios y los inconvenientes que esta naciente industria podría lograr.
Un procesador cuántico exitoso podría eventualmente obtener suficiente potencia de procesamiento para modelar reacciones químicas de una complejidad inimaginable. También podría ahorrar energía: si bien las supercomputadoras actuales suelen residir en centros de datos que consumen mucha energía, dijo Chapman, algunas computadoras cuánticas pueden funcionar conectadas a tomas de corriente normales y podrían ahorrar mucha electricidad al absorber parte del trabajo realizado por los procesadores tradicionales. Además, las computadoras cuánticas podrían optimizar todo tipo de operaciones comerciales complejas, como la entrega de paquetes por la ruta más eficiente o encontrar la forma más económica de fabricar un automóvil.
¿Qué pueden hacer bien las computadoras cuánticas?
Ahorra electricidad
Modelado complejo
Logística de envío
Pero también existe un riesgo preocupante.
Una potente computadora cuántica podría descifrar la tecnología de cifrado que protege cuentas bancarias, bases de datos gubernamentales, historiales médicos y prácticamente cualquier otro dato sensible digital. En pocas palabras, el cifrado funciona codificando los datos en un código secreto que solo se puede desbloquear con la clave o contraseña correcta. Para acceder a él, una computadora clásica tendría que probar cada posible contraseña individualmente, una tarea gigantesca y extremadamente lenta. Una potente computadora cuántica podría probar un gran número de posibles contraseñas a la vez, lo que le permitiría descifrar ese código y acceder a cuentas sin permiso en cuestión de minutos.
Un cifrado roto también podría generar nuevas amenazas militares, afirmó Chapman. «Es absurdo disparar un misil contra un avión sobre el Estrecho de Taiwán porque, si logro romper el cifrado, simplemente puedo acceder al avión y apagar los motores», explicó. «Es un método mucho más económico».
¿Cuál es el riesgo con la tecnología cuántica?
Cifrado bancario roto
Riesgos militares
Datos de salud comprometidos
Chapman afirmó que IonQ y sus socios en Maryland también se centran en crear herramientas para protegerse contra estos riesgos. La compañía está invirtiendo en ideas como una internet cuántica y códigos indescifrables que protegerían contra las posibles amenazas que plantea la computación cuántica.
“Estamos construyendo estas cosas para resolver el cáncer, no para crear problemas”, dijo Chapman. “Necesitamos ofrecer soluciones que protejan al mundo de la tecnología que estamos desarrollando”.
Maryland también quiere ganar esta carrera, viendo a la industria cuántica como una forma de liberar la economía del estado de una dependencia del gasto federal que, recientemente, ha llevado a graves escaseces presupuestarias.
El estado ha obtenido más de mil millones de dólares en financiación estatal, federal y privada para la iniciativa «Capital Cuántica» que impulsa la investigación cuántica, centrada en el Distrito de Descubrimiento de la Universidad de Maryland, ubicado cerca de las instalaciones de IonQ en College Park. Se espera que Maryland se convierta en el principal centro mundial de la industria, al igual que Silicon Valley lo es para la tecnología.
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“El futuro de la creación de riqueza es cuántico”, afirmó Moore el otoño pasado durante un discurso inaugural en el Congreso Mundial Cuántico en el norte de Virginia. “El futuro de la prosperidad económica es cuántico. Y por eso, en el estado de Maryland, nos centramos en convertirnos en la capital de la cuántica”.
Hasta ahora, las empresas tecnológicas parecen estar de acuerdo.
En septiembre, Microsoft anunció planes para unirse al Discovery District, agregando un jugador formidable a la carrera cuántica del estado.
Charles Tahan, socio de Microsoft Quantum, dijo que la compañía está tratando de construir la mejor computadora cuántica del mundo y que Maryland se destacó como un lugar con la inversión, la gente y la visión a largo plazo adecuadas para lograr ese objetivo.
Realmente requiere mucha experiencia. Necesitamos el mejor talento, las mejores tecnologías, desde los mejores refrigeradores hasta los mejores chips cuánticos y el mejor software», afirmó.
El estado ya alberga a numerosos investigadores e ingenieros. Además, goza de proximidad a agencias gubernamentales clave, como la Agencia de Seguridad Nacional, la NASA, el Departamento de Energía y el Departamento de Defensa, que probablemente se convertirán en algunos de los principales clientes de la tecnología cuántica, añadió Tahan.
Por supuesto, Maryland no está ganando todas las etapas de la carrera cuántica. Incluso IonQ, la empresa cuántica estatal, decidió el año pasado cerrar un acuerdo de 22 millones de dólares para abrir un nuevo centro de computación y redes cuánticas en Chattanooga, Tennessee, en lugar de Maryland. Los republicanos criticaron a Moore y a los demócratas que controlan la política estatal por restarle atractivo a Maryland para la industria tecnológica al implementar un nuevo «impuesto tecnológico» que, según afirman, afecta a las mismas industrias que el gobernador espera impulsar.
“Una empresa con sede en Maryland analizó las cifras, analizó el clima y dijo: ‘Gracias, pero no, gracias’”, declaró el líder de la minoría del Senado, Stephen S. Hershey Jr. (republicano por Queen Anne’s), poco después de que IonQ anunciara la instalación en Tennessee. “Maryland ofreció un trato especial, y aun así eligieron Tennessee. Eso demuestra lo poco favorables que nos hemos vuelto a la innovación y la inversión”.
Moore ha seguido invirtiendo e impulsando la tecnología cuántica como una forma de aumentar la competitividad económica del estado.
El presupuesto propuesto por el gobernador para 2027 incluye 74 millones de dólares en inversiones en computación cuántica, con 20 millones de dólares para construir una nueva sede de IonQ en College Park. El dinero también financiará la Fundición de Startups Cuánticas de la Universidad de Maryland y los bancos de pruebas cuánticas, la creación de un Centro de Tecnología Profunda en el Distrito Discovery y las iniciativas de reclutamiento en el Condado de Prince George para traer profesores expertos a la Universidad de Maryland y al Laboratorio de Investigación Aplicada para Inteligencia y Seguridad (ARLIS).
Un futuro no tan lejano
No está claro si la inversión en Maryland dará un giro.
Muchos creen que una computadora cuántica potente aún está a una década, si no dos, de ser realidad. Una computadora cuántica no solo tiene que funcionar, sino que debe superar las capacidades de una computadora clásica para ser verdaderamente útil y rentable.
Las computadoras clásicas también mejoran día a día. Si las computadoras clásicas y las cuánticas compitieran por alcanzar Marte, las clásicas ya estarían sobrepasando la Luna, mientras que las cuánticas aún no han abandonado la Tierra. Pero la potencia de la computación cuántica puede crecer exponencialmente, lo que significa que las computadoras cuánticas podrían alcanzar a las clásicas muy rápidamente.
crecimiento exponencial
Imagine el crecimiento exponencial como si doblara una hoja de papel. Al doblarla una vez, su grosor es el doble.
Dobla ese papel por la mitad sólo 42 veces y sería lo suficientemente grueso como para llegar a la luna.
En comparación, el crecimiento lineal es como apilar hojas de papel una encima de otra. Si apilas 42 hojas, la pila no será tan gruesa como la de un cuaderno estándar.
Aunque la computación cuántica aún tiene un largo camino por recorrer antes de llegar a la Luna, Chapman, de IonQ, afirmó creer que el futuro cuántico está muy cerca. Añadió que espera que la computación cuántica se popularice muy rápidamente, al igual que la inteligencia artificial.
“Antes de ChatGPT, mucha gente decía que la IA nunca se materializaría”, dijo Chapman. “Y entonces, de la noche a la mañana, simplemente apareció. Y el mundo no estaba preparado”.
Cuando OpenAI lanzó ChatGPT hace apenas tres años, la tecnología generaba muchas dudas. Ahora, los legisladores se esfuerzan por comprender y regular la IA. Las empresas se apresuran a adoptar la nueva tecnología. Y muchas personas utilizan la IA en su vida diaria: para redactar correos electrónicos, escribir código e incluso para encontrar compañía . La tecnología parece estar en todas partes.
Chapman ve un futuro similar para la computación cuántica.
“Creo que la tecnología cuántica llegará más rápido de lo que nadie podría haber predicho y conmocionará al mundo”, dijo. “Un día, todos despertarán de repente y se darán cuenta: ‘¡Guau! Acabamos de curar el cáncer con una computadora cuántica, y ni siquiera sabía que existían’”.
¿Qué tan lejos está “un día”?
«Creo que son dos o dos años y medio», dijo Chapman.
Edición de Antonio Olivo y Tara McCarty. Edición de diseño de Christine Ashack. Edición de estilo de Jennifer Morehead.
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