Hay rumores y filtraciones que indican que un equipo de Google podría haber alcanzado la supremacía cuántica para un problema concreto.
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Desde hace ya bastantes años se investiga en computación cuántica, tema en el se intentan aprovechar las propiedades cuánticas de superposición y entrelazamiento para realizar operaciones de una forma mucho más efectiva que con un computador clásico.
La supremacía cuántica es un concepto popularizado por John Preskill en 2012 como algo que sería un hito importante en este campo, pero que se remonta a las propuestas de computación cuántica de Yuri Manin (1980) y Richard Feynman (1981). Según esta idea, llegará un momento en el que un computador cuántico tenga la capacidad de resolver problemas mejor y más rápido que los clásicos o que incluso sea capaz de resolver problemas que los clásicos no puedan.
Apuntarse el tanto de conseguir la supremacía cuántica es algo que varias compañías quieren conseguir por la gran publicidad que ello significaría. Principalmente están en liza equipos de investigadores de Amazon, Google, IBM y Microsoft.
El pasado 20 de septiembre se anunció en un artículo de Financial Times que el computador cuántico Sycamore de Google había demostrado la supremacía cuántica con un procesador de 53 qubits.
Lo malo es que, de momento, no hay artículo publicado al respecto. Durante unos días apareció un preprint en el repositorio de la NASA, pero fue retirado. El periódico Financial Times fue avispado al respecto (o recibió un soplo) y publicó la noticia, pero la noticia es, además, de pago. Es decir, que hay que tomar todo esto con cautela.
El problema es que todavía se está muy lejos de la tan cacareada supremacía, por lo que el equipo de Google, con John M. Martinis a la cabeza, ha usado un truco. Han buscado un problema que, de por sí, los computadores clásicos tardan mucho en solucionar y que básicamente no sirve para nada práctico: un algoritmo que genera secuencias de números aleatorios cuánticamente certificados.
Es decir, han usado un algoritmo diseñado específicamente para este hito y no se pretendía que tuviera aplicación práctica alguna, pues sólo se hace para demostrar la supremacía cuántica. De hecho, hay métodos mucho más eficientes y baratos que usar el Sycamore para este fin.
El problema era que cuando se proponía un problema interesante a resolver con uno de estos computadores, los que hacían simulaciones clásicas de computadores cuánticos predecían que el número de qubits necesario era demasiado alto para la actual tecnología en computación cuántica. Así que Martinis propuso un algoritmo aleatorio en su lugar. Y es que es en esta tarea en donde los ordenadores clásicos son poco eficientes. No se puede en este caso usar un atajo o una simetría que permita a los clásicos tomar ventaja sobre los cuánticos en este caso.
Al parecer han corrido dos versiones del algoritmo, una clásicamente verificable que requiere de hasta 200 segundos en un gran supercomputador clásico y otra cuya verificación se estima que requeriría 10000 años por parte de ese mismo superordenador. Para la primera versión se ha usado el superordenador Summit (el mayor del mundo) para verificar que, efectivamente, el computador cuántico Sycamore funciona.
El computador cuántico Sycamore consta de 54 qubits, pero sólo funcionan bien 53 de ellos. Es interesante que hayan usado este en lugar del computador cuántico de 72 qubits que posee la misma compañía, que es el mayor del mundo, pero que, al parecer, está todavía sin calibrar. Se esperaba calibrarlo el año que viene.
Sycamore está formado por 54 qubits superconductores de unión Josephson de tipo transmón en una matriz 9 × 6. En este tipo de uniones, a través de la unión aislante entre los superconductores se produce una corriente túnel superconductora y el flujo magnético está cuantizado. Cada qubit se comporta como una cavidad resonante con una frecuencia y está acoplado a otros cuatro mediante acopladores, salvo el contorn, claro. Todo ello opera por debajo de 10 milikelvin de temperatura.
En este caso se pueden realizar operaciones unarias alterando sólo un qubit o binarias alterando dos qubits. No consigue realizar operaciones terciarias a tres qubits.
Bajo estas características el computador Sycamore sólo podría factorizar números compuestos muy pequeños con el algoritmo de Shor, así que no sirve para quebrar RSA, que es el cifrado de clave pública más extendido en el comercio electrónico. Por tanto no hay peligro alguno al respecto.
Ahora mismo el cifrado RSA más sencillo emplea números de 1024 bits, pero se emplean cifrados superiores. Un computador cuántico que quiera quebrar por Shor algo así requiere de unos 10 000 qubits físicos funcionando a la perfección si se quiere asegurar el éxito. Si hay que corregir errores y evitar los problemas de decoherencia se necesitarían unos 100 000 qubits. Y ahora mismo estamos hablando de solamente 53 qubits.
Hace 20 años se estaba trabajando con 5 qubits a 2 o 4 kelvin y ahora se trabaja con estos 53 bajo milikelvin. Para pasar a 5000 qubits se necesitarían 3 décadas y se requeriría de 5 décadas para llegar a los 50 000 quits. Todo ello a unas temperaturas increíblemente bajas. Así que en 2070 un computador cuántico podría, quizás, descifrar una clave de 1024 bits en RSA.
Encima, RSA puede emplear ya claves 2048 bits o mayores sin ningún problema, así que la amenaza es fácilmente evitable.
En el momento en el que sí se vea que se pueda quebrar RSA se implementarán los algoritmos clásicos de cifrado post-cuánticos ya existentes y que evitan el problema, pues nadie sabe actualmente cómo implementar un algoritmo cuántico que los quiebre.
En todo caso, de ser verdad, el hito de Google sería un buen logro.
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Foto: Google.