La computació quàntica és una realitat i pot canviar el món

Vivim en una època de vertigen pel que fa a la innovació tecnològica, sobretot en el sector financer, que està immers en un procés de transformació dels seus processos mitjançant la incorporació de tecnologies com ara big data, intel·ligència artificial (incloent-hi machine learning), blockchain, banca mòbil i open banking, entre moltes altres. Totes aquestes tecnologies s’han desenvolupat gràcies a la millora exponencial de la capacitat computacional, acompanyada de la reducció de la mida física dels processadors. Aquesta evolució pot estar arribant al seu límit físic i és precisament aquí quan la computació quàntica entra en joc, aportant unes capacitats de processament sense precedents. Hem d’estar preparats per aprofitar les oportunitats que aquest canvi de paradigma comporta i la disrupció que de segur crearà.

Si bé és cert que la computació actual empra com a unitat bàsica el bit, el valor del qual és binari (0 o 1), la computació quàntica usa com a unitat el qbit o bit quàntic (de l’anglès, quantum bit o qubit), el valor del qual es basa en la mecànica de partícules subatòmiques i, en concret, en la capacitat d’algunes partícules de tenir dos estats alhora (superposició), la qual cosa implica que un qbit pot tenir tres estats: 0, 1 o ambdós al mateix temps. La superposició i altres característiques quàntiques, com ara l’entrellaçat, comporten que el nombre de processos en paral·lel que un ordinador quàntic pot executar sigui de 2^n, en què ‘n’ és el nombre de qbits. Un ordinador quàntic ideal amb 50 qbits podria fer 250 processos simultàniament i seria l’equivalent a un processador clàssic de 250 cores. En l’actualitat, el supercomputador més potent té 106 processadors; és a dir, el seu potencial és un milió de vegades inferior que el de l’ordinador quàntic.

Tot el processament paral·lel que aporta la computació quàntica obre la possibilitat de resoldre problemes fins ara impossibles d’abordar, sobretot els que tenen una complexitat exponencial com ara el descobriment de noves proteïnes o fàrmacs, l’exploració espacial o l’optimització de funcions n dimensionals: per exemple, els models ocults de Markov per a predicció en operacions financeres, mètodes de Monte Carlo per a riscos, l’optimització de grafs o bé la factorització d’enters com a producte de dos nombres primers. Aquest últim cas pot suposar un risc per a la criptografia actual, en la qual està basada la seguretat de les comunicacions i part de la criptografia de cadena de blocs.

Es preveu que, a mitjà termini, els clústers d’ordinadors complementats amb GPU per a l’anàlisi de pricing de Wall Street podran ser reemplaçats per un ordinador quàntic. Tanmateix, la possibilitat de disposar d’un ordinador quàntic de sobretaula o de butxaca no sembla pas immediata. Hi ha alguns reptes que cal resoldre abans de veure la implementació massiva de la computació quàntica, com ara la millora de l’estabilitat dels resultats que generen els algoritmes i la simplificació de la implementació d’aquests algoritmes.

De moment, els ordinadors quàntics tan sols són a l’abast de grans institucions, atès que les condicions perquè funcionin només s’assoleixen en instal·lacions molt controlades i complexes. Els seus circuits requereixen estar a una temperatura pròxima al zero absolut (-273,15 °C o bé 0 Kelvin) i en buit magnètic garantit per una coberta que anul·la el camp magnètic.

Hi ha iniciatives governamentals i privades amb un gran finançament per potenciar el desenvolupament i la implementació d’aquesta tecnologia. En el sector privat, Google ha anunciat que disposa d’un ordinador quàntic de 72 qbits. D’altra banda, IBM ja té un ordinador quàntic de 50 qbits per a ús empresarial i posa a disposició del públic general un ordinador de 26 qbits. Aquest ordinador és accessible per als que vulguin experimentar amb la programació quàntica a través del seu framework open source de desenvolupament d’informàtica quàntica Qiskit. La companyia D-Wave proposa una opció diferent d’ordinador quàntic de 2.000 qbits, però la seva arquitectura és menys complexa i comparativament necessita més qbits per resoldre el mateix problema. Dit això, el D-Wave és l’únic ordinador quàntic comercialitzat fins avui.

En concret, la computació quàntica s’està començant a aplicar en la seguretat en línia, amb la creació de mètodes d’encriptats infranquejables; en el camp de la intel·ligència artificial, atès el poder de computació en paral·lel que permet escalar els algoritmes actuals i, en general, en problemes que requereixen la consideració d’un gran nombre de paràmetres i restriccions en la seva solució, fins ara impossibles de resoldre. Alguns d’aquests problemes són: el desenvolupament de medicaments personalitzats basats en la seqüència del genoma, el descobriment de nous planetes, el diagnòstic precoç del càncer, la predicció de fenòmens naturals vinculats amb el clima, la presa de decisions complexes en temps real (com ara les necessàries en els vehicles autònoms) o bé l’anàlisi financera de portafolis de valors esmentat anteriorment.

En conclusió, la computació quàntica és una tecnologia milions de vegades més potent que no pas la tecnologia actual. La seva capacitat comportarà canvis disruptius en sectors claus com ara el farmacèutic, l’espacial, la seguretat informàtica i el financer, entre d’altres. En definitiva, té el potencial per transformar el món de la mateixa manera o més que el primer processador. El repte clau resideix a traduir els problemes del món real al llenguatge quàntic.