Richard Feynman, va ser conegut per les primeres formulacions que van portar a la mecànica quàntica, llavors ja va imaginar per primera vegada els ordinadors quàntics.
Si avui pogués contemplar l'estat actual de la computació quàntica, probablement percebria una barreja entre la fascinació i, la curiositat. Al capdavall, la curiositat sempre ha estat el motor de la meva manera d'entendre la ciència. Quan, a principies d'aquest mileni, es va plantejar la idea que la naturalesa quàntica de l'univers exigia una nova mena d'ordinador per poder ser simulada adequadament, no s'estava intentant predir el futur. Simplement s'observa un problema evident i era que els ordinadors clàssics són extraordinaris, però hi ha processos quàntics tan complexos que, per molt que augmentem la potència de càlcul, continuen escapant de la seva capacitat de simulació.
La natura no funciona amb bits que només poden valer zero o u. Funciona amb superposicions, interferències i entrellaçaments. Si volem comprendre-la en profunditat, necessitem eines que comparteixin aquestes mateixes regles. Aquesta era la intuïció fonamental darrere de la idea dels ordinadors quàntics.
Quan ara imagino aquestes màquines, penso especialment en la seva capacitat per simular sistemes físics complexos. Imagino que podrien ajudar-nos a entendre millor les propietats dels materials, el comportament de les molècules o les interaccions fonamentals entre partícules. Veig un futur on el desenvolupament de bateries més eficients, nous superconductors o medicaments revolucionaris podrien accelerar-se gràcies a simulacions impossibles de realitzar amb les eines convencionals encara majoritàries d'avui dia.
Per això trobo especialment interessant el treball recent desenvolupat per Google Quantum AI. No només perquè representa un avanç tecnològic notable, sinó perquè reflecteix una idea que sovint apareix en la història de la ciència i és que els grans salts endavant solen produir-se quan es combinen enfocaments aparentment diferents.
Durant anys, la computació quàntica ha evolucionat principalment per dos camins. D'una banda, la computació quàntica analògica, que utilitza sistemes quàntics per reproduir directament altres sistemes quàntics. És una aproximació, digem-ne elegant, perquè aprofita la pròpia física de la natura per estudiar fenòmens complexos. Quan volem entendre el comportament d'una molècula o d'un material magnètic, aquest enfocament resulta especialment eficient.
D'altra banda, tenim la computació quàntica digital, basada en portes lògiques quàntiques. Aquesta aproximació és més flexible i programable. Permet imaginar ordinadors universals capaços de resoldre una gran varietat de problemes, des de la simulació científica fins a algorismes criptogràfics o processos d'optimització extremadament sofisticats.
Cadascun d'aquests aspectes tene virtuts i limitacions. Els simuladors analògics poden ser molt ràpids i eficients per a problemes específics, però ofereixen menys control. Els sistemes digitals proporcionen una flexibilitat extraordinària, però encara han de lluitar contra reptes importants relacionats amb la correcció d'errors i l'estabilitat dels cúbits.
Per això considero especialment rellevant la nova estratègia híbrida presentada per Google. En lloc d'intentar imposar un únic model, els investigadors han decidit combinar el millor de tots dos mons. El seu simulador, basat en 69 cúbits superconductors, inicia els càlculs utilitzant portes quàntiques digitals per preparar amb precisió els estats inicials. Posteriorment, deixa que el sistema evolucioni en mode analògic, aprofitant la rapidesa natural de les interaccions físiques. Finalment, retorna al control digital per efectuar mesures detallades i obtenir resultats precisos.
Aquesta idea és interessant perquè reconeix una realitat fonamental de l'enginyeria i és que, les millors solucions rarament són les més pures des d'un punt de vista teòric. Sovint són les que aprofiten els avantatges de diverses aproximacions i minimitzen les seves debilitats.
Encara més impressionant és que aquesta arquitectura híbrida hagi aconseguit reduir les taxes d'error fins a aproximadament un 0,1 % per cúbit durant les simulacions. Pot semblar una xifra modesta, però qualsevol persona familiaritzada amb la computació quàntica sap que la lluita contra els errors és probablement el principal obstacle per convertir aquestes màquines en eines científiques de gran escala. Cada petita reducció dels errors representa un pas enorme cap a sistemes realment útils.
Els resultats obtinguts també són significatius. Segons les estimacions dels investigadors, algunes de les simulacions realitzades requeririen més d'un milió d'anys de càlcul en Frontier, un dels superordinadors clàssics més potents existents. Naturalment, aquestes comparacions sempre s'han d'interpretar amb prudència, però il·lustren una idea essencial: estem entrant en una etapa en què determinats problemes físics comencen a situar-se fora de l'abast pràctic dels ordinadors tradicionals.
Tanmateix, el que més m'ha entusiasmat no és la velocitat de càlcul. El que realment m'interessa és que aquesta màquina ja ha començat a generar coneixement nou.
Durant les seves simulacions, els investigadors van observar desviacions inesperades respecte al mecanisme de Kibble-Zurek, una teoria àmpliament acceptada que descriu com es formen defectes quan un sistema travessa determinades transicions de fase. Aquesta teoria ha estat estudiada durant dècades en laboratoris d'arreu del món i constitueix una peça important de la física de la matèria condensada.
Quan una màquina construïda per estudiar la natura ens mostra que una teoria consolidada no explica completament el que observem, és quan la ciència es torna realment interessant. Els descobriments més importants rarament consisteixen a confirmar el que ja sabem; consisteixen a revelar allò que encara no entenem.
Alguns podrien argumentar que aquest resultat concret també podria haver estat investigat amb eines clàssiques. Potser sí. Però aquesta observació perd de vista el punt essencial. El valor real d'aquestes noves plataformes no resideix únicament en resoldre problemes impossibles, sinó també en obrir nous territoris d'exploració. Cada vegada que ampliem la nostra capacitat d'observar la natura, apareixen preguntes que ni tan sols sabíem formular.
Aquesta és, en realitat, la lliçó de tota aquesta història. La computació quàntica no és simplement una tecnologia més potent. És una nova manera de dialogar amb la realitat física. Si aconseguim dominar-la, les seves aplicacions podrien transformar disciplines tan diverses com la química, la ciència dels materials, la farmacologia, l'energia o la física fonamental.
Quan vaig imaginar per primera vegada els ordinadors quàntics, no sabia exactament on arribarien. Ningú ho podia saber. Però intuïa que, si alguna vegada construíem màquines capaces de pensar amb les mateixes regles que utilitza la natura, acabarien mostrant-nos aspectes de l'univers que fins aleshores havien estat ocults.
Observant els avenços actuals, tinc la sensació que aquell viatge tot just acaba de començar.
Ramon Gallart
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada