Por: Allison Linn
Microsoft dobla la apuesta en su compromiso con el tentador campo del cómputo cuántico y realiza una fuerte apuesta sobre la posibilidad de crear una computadora cuántica escalable a través de lo que es conocido como un qubit (unidad de información cuántica) topológico.
Todd Holmdahl, ejecutivo de Microsoft, que tiene una historia en traer a la vida proyectos de investigación, que podrían parecer mágicos, de manera exitosa y convertirlos en productos, liderará el esfuerzo científico y de ingeniería para crear hardware y software cuántico escalable.
“Creo que estamos en un punto de inflexión en el cual estamos listos para pasar de la investigación a la ingeniería”, comentó Holmdahl, que es vicepresidente corporativo del programa cuántico en Microsoft.
Holmdahl, que con anterioridad jugó un rol clave en el desarrollo de Xbox, Kinect y HoloLens, notó que el éxito no siempre está garantizado. Pero, comentó, piensa que la larga inversión de la empresa en investigación cuántica ha sido lo suficientemente fructífera para dejar una guía hacia la computadora cuántica escalable.
“Nada de esto fue regalado”, comentó Holmdahl. “Pero tienes que tomar una cierta cantidad de riesgos para poder generar un impacto en el mundo, y creo que estamos en el punto en el que tenemos la oportunidad de hacerlo”.
Microsoft ha contratado a dos líderes en el campo del cómputo cuántico, Leo Kouwenhoven y Charles Marcus. La empresa también traerá pronto a dos otros líderes en este campo, Matthias Troyer y David Reilly.
Marcus es Profesor Villum Kann Rasmsussen en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y director del Centro de Dispositivos Cuánticos patrocinado por la Fundación Danesa de Investigación Nacional.
Kouwenhoven es un distinguido profesor de la Universidad Delft de Tecnología en Holanda y fue director fundador de QuTech, el Centro de Investigación Avanzada en Tecnologías Cuánticas.
Marcus y Kouwenhoven han colaborado con el equipo cuántico de Microsoft por años, con Microsoft fondeando una parte cada vez más grande de la investigación del qubit topológico en sus laboratorios. Después de que se unieron a Microsoft, ellos mantendrán sus títulos académicos y afiliación a sus universidades, podrán seguir corriendo sus grupos de investigación universitarios y contribuir a construir laboratorios cuánticos dedicados de Microsoft en sus respectivas universidades.
Ambos investigadores comentaron que unirse a Microsoft es la mejor ruta para asegurar que sus logros pueden ayudar a crear una computadora cuántica escalable.
“Es muy emocionante”, comentó Kouwenhoven. “Comencé a trabajar en esto cuando era estudiante y en esa época no teníamos idea de que esto podía ser utilizado alguna vez para algo práctico”.
La colaboración de Kouwenhoven con Microsoft comenzó por casualidad, después de una visita al laboratorio de la empresa en Santa Bárbara, California, y una “buena caminata por la playa” con Michael Freedman, director del laboratorio y especialista en matemáticas topológicas.
Después de años de colaboración científica, comentó Kouwenhoven, han llegado a un punto donde se pueden beneficiar de la perspectiva de un ingeniero sobre cómo traer el trabajo a la realidad.
“La ingeniería también ayudará a avanzar a la ciencia”, comentó Kouwenhoven.
Esto es importante porque Microsoft no sólo está interesado en crear un qubit que pueda trabajar en un ambiente perfecto de laboratorio, lo que Marcus llama “una demostración de información cuántica”.
En lugar de eso, la empresa espera crear herramientas fiables que los científicos sin antecedentes en cuestiones cuánticas puedan utilizar para resolver algunos de los problemas más complicados del mundo. Al hacer esto, ellos creen que ayudarán a marcar el inicio de una “economía cuántica” que podría revolucionar industrias como la de medicina y la de ciencias de los materiales.
Marcus, cuya colaboración con Microsoft comenzó casi por azar cuando estuvo sentado cerca de Freedman en una cena hace unos años, comentó que se dio cuenta que una economía cuántica no podría ser realidad a menos que los científicos e ingenieros comenzaran a asociarse de manera más cercana.
“Sabía que para remontar y llegar al punto donde comenzaste a ser capaz de crear máquinas que antes no existían, era necesario cambiar la manera en la que hacíamos negocios”, comentó Marcus. “Necesitamos científicos, ingenieros de todos tipos, técnicos, programadores, que todos trabajen en el mismo equipo”.
Ese esfuerzo incluye traer a bordo a otros colaboradores que ya han estado presentes.
En la actualidad, Troyer es profesor de física computacional en ETH en Zúrich, Suiza, una de las principales universidades en el mundo. Entre sus áreas de experiencia se encuentran simulaciones con materiales cuánticos, probar dispositivos cuánticos, optimización de algoritmos cuánticos y el desarrollo de software para computadoras cuánticas.
Reilly, un físico experimental, es profesor y director del Centro para Máquinas Cuánticas en la Universidad de Sídney, en Australia. Él lidera un equipo de físicos e ingenieros que trabajan en los retos de escalar los sistemas cuánticos.
Crear los bloques de construcción de una computadora cuántica
El enfoque de Microsoft para construir una computadora cuántica está basado en un tipo de qubit, o unidad de información cuántica, llamado qubit topológico.
Qubits son los bloques clave de construcción para una computadora cuántica. Con su utilización, los investigadores creen que las computadoras cuánticas podrían procesar, de manera muy práctica, soluciones múltiples a un problema al mismo tiempo, en lugar de hacerlo de manera secuencial.
Uno de los retos más grandes en la construcción de una computadora cuántica que funcione es lo quisquillosos que pueden ser los qubits. Un sistema cuántico sólo pueden mantenerse en un estado cuántico cuando no ha sido perturbado, por lo que las computadoras cuánticas son construidas para estar en ambientes únicos y fríos.
El equipo Microsoft cree que los qubits topológicos son más capaces de soportar retos como el calor o el ruido eléctrico, lo que les permite permanecer más tiempo en un estado cuántico. En retorno, eso los hace más prácticos y efectivos.
“Un diseño topológico recibe menos impacto por los cambios en su ambiente”, comentó Holmdahl.
Al mismo tiempo, mientras Microsoft trabaja para construir una computadora cuántica, también se encuentra dentro de la creación de software que pueda correr en ella. La meta es tener un sistema que pueda comenzar a resolver problemas complejos, de manera eficiente, desde el día uno.
“Similar al cómputo clásico de alto desempeño, necesitamos no sólo hardware, también software optimizado”, comentó Troyer.
Eso hace sentido para el equipo: Los dos sistemas pueden trabajar en conjunto para resolver ciertos problemas y la investigación de cada uno puede ayudar al otro lado.
“Una computadora cuántica es mucho más que los qubits”, comentó Reilly. “Incluye todos los sistemas clásicos de hardware, interfaces y conexiones al mundo exterior”.
Una nube aún más inteligente, y la posibilidad de resolver problemas que parecen irresolubles
Con un hardware y software cuántico efectivo, los expertos cuánticos comentan que podrían crear un vasto poder de cómputo que pudiera enfrentar algunos de los problemas más complicados del mundo, desde el cambio climático a la hambruna a una gran cantidad de retos médicos.
Esto ese n parte porque las computadoras podrían emular sistemas físicos, acelerar cosas como el desarrollo de medicamentos o nuestro entendimiento de la vida de las plantas. Los investigadores dicen que la nube inteligente podría ser más poderosa de manera exponencial, similar a cómo los teléfonos celulares evolucionaron a teléfonos inteligentes.
“Hay una oportunidad real de aplicar estas computadoras a cosas que yo llamaré ciencias materiales de sistemas físicos”, comentó Holmdahl. “Muchos de estos problemas no pueden ser tratados desde una computadora clásica, pero en una computadora cuántica creemos que pudieran ser tratados en un periodo de tiempo razonable”.
Kouwenhoven comentó que esto aplica al campo de la física cuántica, tal como la investigación sobre materia oscura y otras preguntas fundamentales sobre nuestro entendimiento del universo.
“Me parecería Interesante regresar a mis antecedentes en ciencia y utilizar el cómputo cuántico para resolver los problemas cuánticos”, comentó
El transistor y el cenicero
Y ahí está todo lo desconocido. Los científicos computacionales destacaran muy seguido que cuando los científicos inventaron el primer transistor, no tenían manera de concebir una aplicación como un smartphone.
“Mi apuesta es que en los 40 y los 50, cuando pensaban sobre el primer transistor, no necesariamente sabían cómo esta cosa iba a ser utilizada. Y creo que ahora somos un poco como ellos”, comentó Holmdahl.
Uno de esos inventores fue Walter Brattain. Creció en el mismo pequeño pueblo que Holmdahl, Tonasket, Washington. Al ser un amante de la historia de la tecnología, Holmdahl se ha sentido fascinado por mucho tiempo por la vida de Brattain.
Con el cómputo cuántico, Holmdahl dijo que ve una oportunidad de estar entre la gente que sigue los pasos de Brattain.
“La oportunidad de estar en el inicio del siguiente transistor no está perdida en mí”, comentó Holmdahl.
Cuando tomó su rol, Holmdahl también pensaba sobre otro hombre que ha tenido una gran influencia en su vida: Su hijo de 20 años, que le dijo a Holmdahl que si piensas que eres uno de los más inteligentes en la mesa, necesitas encontrar una nueva mesa.
“En definitiva esta es una nueva mesa para mí”, comentó Holmdahl, un ingeniero educado en Stanford que ahora pasa su tiempo libre leyendo sobre cosas como física cuántica y entrelazamientos cuánticos.
Cuando Marcus piensa sobre lo que podría hacer una computadora cuántica, muy seguido piensa sobre un auto viejo que su familia tuvo. En sus días, se trataba de un auto de gran lujo, con lo último en tecnología, incluyendo un gadget de tablero diseñado para absorber la ceniza del cigarro.
En ese momento, piensa Marcus, alguien debió haber pensado que era lo mejor que podría ser un auto en cuestiones de tecnología automotriz.
“Nadie, cuando se diseñaban los ceniceros, pensaba sobre los automóviles autónomos”, comentó.
La misma cosa podría aplicarse para el poder computacional.
“La gente que piensa que la computación ya se completó, están en la fase del cenicero”, comentó.
