^{Foto: El chip del corazón de uno de los ordenadores D-Wave.}

La computación cuántica acaba de dar un gran salto hacia adelante en el escenario mundial gracias la puesta en marcha por parte de la NASA y Google, en colaboración con un consorcio de universidades, de una iniciativa para investigar cómo la tecnología podría conducir a avances en la inteligencia artificial.

El nuevo Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica utilizará el que puede definirse como el ordenador cuántico más avanzado disponible en el mercado, el D-Wave Two, que según confirmó un estudio reciente es mucho más rápido a la hora de abarcar problemas específicos que las máquinas convencionales. El equipo se instalará en el Centro de Supercomputación Avanzada de la NASA, en el Centro de Investigación Ames de Silicon Valley, y se espera que esté disponible para investigaciones del Gobierno, la industria y la investigación universitaria a finales de este año.

Google cree que la computación cuántica podría ayudar a mejorar sus búsquedas en Internet y la tecnología de reconocimiento de voz. Los investigadores universitarios podrían utilizarla para elaborar mejores modelos de enfermedades y clima, entre otras muchas posibilidades. En cuanto a la NASA, "los ordenadores juegan un papel mucho más importante en las misiones de la NASA de lo que la gente cree", señala el experto en computación cuántica Colin Williams, director de desarrollo de negocios y alianzas estratégicas en D-Wave. "Entre los ejemplos de hoy día está el uso de superordenadores para modelar el clima espacial, simular atmósferas planetarias, la exploración magnetohidrodinámica, la réplica de colisiones galácticas, la simulación de vehículos hipersónicos y el análisis de grandes cantidades de datos de misiones".

Los ordenadores cuánticos aprovechan las extrañas propiedades de la mecánica cuántica de los átomos y otros bloques de creación del cosmos. A escala diminuta, el universo se convierte en un lugar borroso y surrealista. Los objetos aparentemente pueden existir en más de un lugar al mismo tiempo o girar en direcciones opuestas al mismo tiempo.

Refrigeración: Este sistema enfría partes del equipo de D-Wave a 20 millikelvin.

Mientras que los ordenadores normales simbolizan los datos en bits, expresando 1 y 0 encendiendo o apagando pequeños transistores parecidos a interruptores, los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos o qubits, que esencialmente pueden estar encendidos y apagados al mismo tiempo, lo que les permite llevar a cabo dos o más cálculos simultáneamente. En principio, los ordenadores cuánticos podrían ser extraordinariamente mucho más rápidos que los ordenadores normales para ciertos problemas, ya que pueden ejecutar todas las combinaciones posibles a la vez. De hecho, un ordenador cuántico de 300 qubits podría ejecutar más cálculos en un instante que la cantidad de átomos que existe en el universo.

D-Wave, que se anuncia como la primera empresa de computación cuántica comercial, tiene partidarios entre los que se incluye el fundador de Amazon.com, Jeff Bezos, y el brazo de inversión de la CIA, In-Q-Tel. Vendió su primer sistema de computación cuántica, el 128-qubit D-Wave One, al contratista militar Lockheed Martin en 2011. A principios de este año actualizó dicha máquina a un 512-qubit D-Wave Two, supuestamente por alrededor de 15 millones de dólares (11,55 millones de euros), que podría ser más o menos lo que el nuevo Laboratorio de Inteligencia Artificial Cuántica ha pagado por su dispositivo.

La colaboración entre la NASA, Google y la Asociación de Universidades de Investigación Espacial (USRA, por sus siglas en inglés) pretende utilizar su ordenador para avanzar en el aprendizaje de máquinas, una rama de la inteligencia artificial dedicada al desarrollo de ordenadores que pueden mejorar con la experiencia. El aprendizaje de máquinas es una cuestión de optimización de comportamiento, que podría resultar más fácil para los ordenadores cuánticos que para las máquinas convencionales.

Por ejemplo, imagina tratar de encontrar el punto más bajo en una superficie cubierta de colinas y valles. Un ordenador clásico podría comenzar en un lugar al azar en la superficie y mirar alrededor en busca de un punto inferior a explorar hasta que ya no pueda caminar más cuesta abajo. Este enfoque a menudo puede quedarse atrapado en un mínimo local, un valle que no sea en realidad el punto más bajo en la superficie. Por otro lado, la computación cuántica podría hacer posible crear un túnel a través de una cresta para ver si hay un valle más bajo después de ella.

"Para mí todo el mundo sale ganando. Google, la NASA y la USRA aportan habilidades únicas y un interés en nuevas aplicaciones en el campo", señala Seth Lloyd, ingeniero de mecánica cuántica en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE.UU.). "En mi opinión, el enfoque en la factorización y en descifrar códigos para los ordenadores cuánticos ha exagerado la búsqueda de la construcción de un ordenador cuántico a gran escala, y al mismo tiempo ha menospreciado otras aplicaciones potencialmente más útiles e igualmente interesantes. El aprendizaje de máquinas cuántico es un ejemplo de una aplicación de menor escala de la computación cuántica".

Con los años, muchos críticos han cuestionado si las máquinas de D-Wave son en realidad ordenadores cuánticos y si son más potentes que las máquinas convencionales. El enfoque estándar utilizado con los ordenadores cuánticos funcionales, conocido como modelo de puerta, implica la organización de qubits en circuitos y hacer que interactúen unos con otros en una secuencia fija. En contraste, D-Wave comienza con un conjunto de qubits que no interactúan, es decir, una colección de bucles de supercomputación mantenidos en su estado de energía más bajo, llamado estado fundamental, que después, lentamente, o 'adiabáticamente', transforma este sistema en un conjunto de qubits cuyas interacciones en su estado fundamental representan la respuesta correcta al problema específico a resolver para el que los investigadores lo han programado.

Muchos científicos se han preguntado si el enfoque que D-Wave utilizaba era vulnerable a las perturbaciones que podrían evitar que los qubits funcionasen correctamente. Sin embargo, diversos investigadores independientes han descubierto recientemente que los equipos de D-Wave en realidad pueden resolver ciertos problemas hasta 3.600 veces más rápido que los ordenadores clásicos. Antes de elegir el D-Wave Two, la NASA, Google y la USRA usaron el ordenador para ejecutar una serie mediciones y pruebas de aceptación. En algunos casos, las superó por un margen enorme.

La USRA invitará a los investigadores en Estados Unidos a utilizar la máquina. El veinte por ciento de su tiempo de cálculo estará abierto a la comunidad universitaria, sin coste alguno a través de un proceso competitivo de selección, mientras que el resto se dividirá a partes iguales entre la NASA y Google. "Contaremos con algunas de las mentes mejores y más brillantes del país, trabajando en aplicaciones que se ejecuten en el hardware D-Wave", afirma Williams.