El futuro de la computación cuántica: avances y perspectivas para el 2021

El uso generalizado de la computación cuántica aún está lejos, pero el año 2020 fue testigo de varios hitos de numerosos líderes de la industria cuántica, incluyendo IBM, Amazon y Google.

Varias compañías e instituciones han afirmado tener ventaja cuántica o supremacía cuántica, puntos en los que una computadora cuántica puede calcular cientos o miles de veces más rápido que una computadora clásica o es lo suficientemente potente como para realizar cálculos que las supercomputadoras clásicas no pueden realizar en absoluto.

Pero varios expertos dicen que en 2021 más empresas buscarán casos de uso específicos que puedan aprovecharse en algún momento de la próxima década, a medida que las computadoras cuánticas mejoren y la cantidad de qubits disponibles siga creciendo.

Tony Uttley, presidente de Honeywell Quantum Solutions

Uttley dijo que Honeywell ha desarrollado una de las computadoras cuánticas más precisas del mundo y ahora está trabajando en aumentar su potencia. La compañía también lanzó su primer ordenador disponible comercialmente en junio y ya está siendo utilizado por empresas como Merck, DHL, BP y Accenture.

"El próximo año veremos qué algoritmos demuestran más promesa en esta era a corto plazo. Tenemos suficientes qubits, tenemos fidelidades muy altas y algunas capacidades para permitir a las personas brillantes tener un conjunto de herramientas al que simplemente no han tenido acceso", dijo Uttley.

"El próximo año veremos avances en áreas que realmente comienzan a mostrar promesa. Ahora puedes enfocarte en ellos en lugar de adoptar un enfoque azaroso. Puedes decir: 'Esto está demostrando una energía muy alta, vamos a invertir más recursos y tiempo computacional en ello'. El uso generalizado, donde se integra más en el proceso comercial típico, eso está probablemente a una década de distancia. Pero no pasará mucho tiempo antes de que encontremos aplicaciones para las cuales estemos utilizando computadoras cuánticas en el mundo real. Eso ocurrirá en un plazo de 18 a 24 meses", agregó Uttley.

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Uttley señaló que las empresas que ya están utilizando la computadora cuántica de Honeywell están cada vez más interesadas en pasar más y más tiempo con ella. Dijo que las compañías que trabajan con productos químicos y ciencias de los materiales han mostrado mayor interés, y también hay aplicaciones en el sector de la salud que podrían ser prometedoras.

"Tomemos como ejemplo el análisis de imágenes de una resonancia magnética en busca de cáncer. Para cosas que se han visto muchas veces antes, una computadora clásica puede hacerlo bien en términos de aprendizaje automático. Pero si estás tratando de buscar un tipo de cáncer muy raro y estás tratando de enseñarle a la máquina cómo podría verse, ahí es donde podrías aprovechar una computadora cuántica para tener esta capacidad de modelado generativo", explicó Uttley.

"Creo que como objetivo, en lo que veremos el próximo año es el camino hacia la creación de valor", concluyó.

Bob Sutor, vicepresidente de Estrategia y Ecosistema Cuántico de IBM

IBM ha sido uno de los líderes en el campo de la computación cuántica, convirtiéndose en la primera empresa en poner una computadora cuántica en la nube en 2016. El Centro de Computación Cuántica de IBM es ahora la flota más grande de sistemas de computación cuántica, con 29 sistemas de computación cuántica desplegados en los últimos cuatro años, incluyendo ocho sistemas accesibles a través de la nube con un Volumen Cuántico de 32 y un sistema premium de 27 qubits con un Volumen Cuántico de 64.

Más de 130 empresas de Fortune 500, instituciones académicas, startups y laboratorios nacionales de investigación están trabajando con IBM para avanzar en la computación cuántica a través de la Red Q de IBM. Más de 260,000 usuarios registrados participan en la Experiencia Cuántica de IBM y rutinariamente ejecutan más de 1 mil millones de circuitos de hardware al día en hardware real y simuladores mediante Qiskit.

Sutor predice que el rendimiento y la escala de la computación cuántica aumentarán rápidamente y en algunos casos se duplicarán año tras año, mientras que los arquitectos de aplicaciones y soluciones corporativas comenzarán a planificar de manera seria cómo la computación cuántica se convertirá en parte de sus flujos de trabajo de casos de uso de TI. También espera que más colegios y universidades ofrezcan cursos de computación cuántica.

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"Incluso a medida que nos acercamos a sistemas que podrían ofrecer una ventaja cuántica, o aún más lejos, si desarrollamos sistemas tolerantes a fallos, las computadoras cuánticas serán útiles para resolver tipos específicos de problemas: problemas exponenciales como los que se encuentran en la química y las finanzas. Las organizaciones e instituciones necesitan evaluar los tipos de problemas a los que se enfrentan ahora y a los que se enfrentarán en el futuro", dijo Sutor.

"Muchas industrias están trabajando actualmente con la computación cuántica, incluyendo banca, mercados de capital, seguros, automoción, aeroespacial y energía. En los próximos años, la amplitud y profundidad de las industrias que aprovechan la cuántica seguirá creciendo. Por ejemplo, creo que más industrias que dependen de los avances en la ciencia de los materiales comenzarán a investigar la computación cuántica. En este sentido, creo que habrá un mayor interés en la industria agrícola debido a las aplicaciones de la computación cuántica en la química de la producción de fertilizantes", añadió Sutor.

Sutor dijo que el próximo año, el nuevo sistema de 127 qubits de IBM introducirá capacidades de cómputo clásico en tiempo real concurrente que permitirán la ejecución de una amplia variedad de circuitos y códigos cuánticos.

Además, agregó, el kit de desarrollo de software de computación cuántica de código abierto Qiskit está evolucionando rápidamente y proporciona bibliotecas de codificación para todos, desde investigadores cuánticos de bajo nivel, hasta desarrolladores de software en Python, hasta codificadores de aplicaciones y casos de uso tempranos de la era cuántica.

"Este año, varias organizaciones de la Red Q de IBM colaboraron con nosotros para lograr avances significativos en la investigación cuántica para la industria, incluido el trabajo con Mitsubishi Chemical en la aplicación de la computación cuántica para ayudar a desarrollar baterías de litio-oxígeno con mayor densidad de energía, ExxonMobil para aprovechar la computación cuántica para desarrollar técnicas de simulación química más precisas en tecnologías energéticas, y Daimler para explorar cómo la computación cuántica puede avanzar en la próxima generación de baterías para vehículos eléctricos", dijo Sutor, prediciendo que en 2021 más de 20,000 personas completarán cursos en línea sobre tecnología y programación de computación cuántica.

"Las empresas comenzarán a aprovechar este grupo de posibles empleados con conocimientos sobre cuántica. La simulación de software de computadoras cuánticas seguirá siendo importante, pero eventualmente, cada vez más personas usarán hardware cuántico real. Habrá un mayor entendimiento de que la informática 'inspirada en la cuántica' no es computación cuántica", concluyó Sutor.

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Chirag Dekate, vicepresidente de investigación en Gartner

Dekate dijo que 2021 será un año crucial para ver la madurez del panorama de proveedores. Amazon, Azure y otros proveedores de servicios en la nube están aumentando agresivamente su capacidad cuántica, dijo Dekate, y los líderes actuales en el campo de la computación cuántica, como IBM y DWave, están desarrollando hojas de ruta detalladas en términos de la escala de los sistemas.

"Los proveedores de computación cuántica basada en trampa de iones también están acelerando la madurez de sus plataformas. Durante el próximo año, esperamos la continuación de la madurez del panorama de proveedores de computación cuántica. A medida que las empresas aumenten sus inversiones cuánticas y, lo más importante, reestructuren las bases de código de sus aplicaciones en torno a la cuántica, descubrirán nuevas formas de mejorar sus sistemas clásicos actuales", dijo Dekate.

"En el reciente estudio de la agenda CIO de Gartner, la computación cuántica no fue una de las áreas de inversión prioritarias para los CIO. Los datos sobre las interacciones con los clientes indican una gran brecha; un pequeño número de pioneros iniciales están invirtiendo agresivamente en sus estrategias cuánticas, mientras que la gran mayoría no lo está haciendo", agregó.

Dekate también dijo que habrá un crecimiento sustancial en el número de proveedores de servicios cuánticos, siendo expertos vinculados a universidades los que comenzarán a ofrecer servicios de computación cuántica diseñados principalmente para identificar problemas potenciales y comenzar el proceso de reestructurar códigos para la era cuántica.

La pandemia de COVID-19 ha llevado a la mayoría de las empresas a reducir el gasto en servicios de consultoría, y Dekate explicó que a corto plazo esto podría resultar en la consolidación del mercado de proveedores de servicios cuánticos.

Pero en general, Dekate instó a las empresas a tener cuidado de invertir en exceso en la computación cuántica antes de tener casos de uso empresarial específicos en mente.

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"En 2020 vimos avances en cuatro áreas principales. Vendedores como IBM, DWave, Google, Honeywell, IonQ, Xanadu destacaron la creciente escala de sus ofertas cuánticas. Preveemos que en los próximos años, estas arquitecturas seguirán aumentando. Los ecosistemas cuánticos proporcionados por proveedores como IBM, Dave, Amazon, Microsoft, Google, Zapata, QCWare y otros han evolucionado significativamente, permitiendo que más empresas comiencen a idear estrategias cuánticas", dijo Dekate.

"En los próximos años, vemos el potencial de una consolidación de algunos de estos alrededor de un grupo central de proveedores. A nivel mundial, las actividades de inversión en computación cuántica continúan aumentando, impulsadas en parte por la emoción y a su vez alimentando la emoción en este campo embrionario. Es probable que los proveedores de servicios de computación cuántica alineados con valores e innovadores de sistemas cuánticos establecidos tengan éxito en la navegación de las incertidumbres económicas de los próximos años. Las empresas deben comenzar a desarrollar sus estrategias cuánticas hoy mismo y medir el éxito (KPI) según el número de expertos cuánticos capacitados que estén nutriendo cada año", concluyó Dekate.

Roger Grimes, evangelista de defensa basada en datos en KnowBe4

Grimes se centró en las implicaciones de ciberseguridad del avance de la computación cuántica. Dijo que es probable que en 2021 "veamos la primera confirmación pública de la ruptura de la criptografía cuántica, donde las computadoras cuánticas son capaces de romper la criptografía de clave pública tradicional".

También habrá más dispositivos cuánticos, como generadores aleatorios cuánticos y distribución de claves cuánticas, que serán más baratos y aparecerán como subcomponentes en más dispositivos como teléfonos inteligentes, agregó.

"Cada organización e industria debería estar preparándose para el mundo de la criptografía poscuántica, preparándose para el día en que se anuncie la ruptura criptográfica cuántica. Incluso antes de eso, más empresas e industrias deberían aprovechar la distribución de claves cuánticas para proteger los secretos que se envían por redes contra el espionaje y el descifrado cuántico", dijo Grimes.

"Predigo que alguien anunciará públicamente que ha utilizado una computadora cuántica para romper un cifrado de clave asimétrica tradicional. Ha sido el Santo Grial desde 1994 y predigo que sucederá el próximo año", concluyó Grimes.

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Lewie Roberts, analista de Lux Research

Roberts dijo que el objetivo al que muchos expertos en computación cuántica están tratando de llegar ahora gira principalmente en torno a la intersección del software y el hardware.

En este momento, existen algoritmos que podrían ejecutarse en una computadora cuántica y que podrían superar cualquier técnica utilizada en las supercomputadoras actuales, pero las computadoras cuánticas aún no tienen la suficiente escala como para ejecutar estos algoritmos, explicó Roberts.

El objetivo ahora es no solo escalar el hardware, sino también optimizar los algoritmos existentes para que requieran hardware menos potente.

"Escalar el hardware es difícil porque los qubits son muy inestables y, por lo general, cuanto más se agregan a un procesador, más difícil es mantenerlos en un estado útil. La competencia principal en este momento se encuentra entre grupos como IBM o Rigetti, que utilizan qubits superconductores, y grupos como Honeywell o IonQ, que utilizan qubits basados en trampa de iones", dijo Roberts.

"El desafío consiste en aumentar el número de qubits en un procesador mientras se mantiene su alta calidad. Un procesador con muchos qubits de baja calidad no es útil. Creo que al igual que en 2020, 2021 será en gran medida sobre avanzar en estos objetivos. No todas las industrias verán los beneficios de la computación cuántica al mismo tiempo, por lo que participar en proyectos de investigación puede ayudar a los equipos a estimar un rango de años en los que eso podría ser posible para sus necesidades específicas", concluyó Roberts.

Brian Hopkins, analista de Forrester

Hopkins dijo que aún faltan años para que se utilice ampliamente la computación cuántica en el mundo real, y el lento avance puede disuadir a algunas empresas de intentar utilizar la tecnología. La gente, dijo, puede estar impacientándose con la dificultad de las computadoras cuánticas y predijo que el interés en ellas podría disminuir en 2021.

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Habrá empresas el próximo año, agregó, que deberían adentrarse más en la computación cuántica, pero se echarán hacia atrás debido a la percepción de que no está progresando lo suficientemente rápido.

"Hoy en día, nadie me ha convencido de que ninguna computadora cuántica en el mundo haya demostrado tener ventaja cuántica, ninguna de ellas. Tan pronto como logremos la ventaja cuántica, todos se unirán y tratarán de utilizar una computadora cuántica para obtener un retorno de su inversión, pero todavía no hemos llegado a ese punto", dijo Hopkins.

"En 2021, tendremos una mejor idea de cuándo lograremos la ventaja cuántica en diversos casos de uso potenciales. No creo que alcancemos la ventaja cuántica en 2021, y eso significa que en 2021 pasaremos por una especie de valle de la desilusión. He estado siguiendo las computadoras cuánticas durante una década, y hay muchas grandes noticias, avances y luego se desacelera todo", agregó Hopkins.

Pero Hopkins explicó que la industria manufacturera puede ser la primera en lograr la ventaja cuántica porque implica procesos químicos.

Las compañías farmacéuticas, empresas de medicamentos, compañías químicas y empresas involucradas en la fabricación de procesos han mostrado el mayor interés en la computación cuántica porque es "especialmente adecuada para la química".

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