The Quantum Hype Bubble Is About To Burst

La tecnología cuántica actual atrae mucha atención y dinero, lo que podría explicar por qué faltan en mi lado. Pero no son solo los gobiernos los que piensan que todo es cuántico es donde deberían ir sus impuestos, los inversores comerciales y las empresas también están dispuestas a invertir mucho dinero . Esto ha tenido un impacto dramático en la investigación de la física cuántica en la última década. También ha creado mucha expectación, especialmente en torno a la computación cuántica. Pero si gran parte de la computación cuántica es exagerada, ¿por qué empresas como Google e IBM invierten tanto dinero en ella? ¿Qué sucederá cuando estalle la burbuja de inversión? ¿Qué es el "invierno cuántico"? ? De eso hablaremos hoy. Hay varias tecnologías cuánticas diferentes y, como regla general, cuantos menos titulares tengan, más prometedoras son. Tomemos, por ejemplo, la metrología cuántica. Eso no es una mala pronunciación de la meteorología, eso es hacer mejores mediciones con efectos cuánticos. Básicamente nunca leíste nada sobre esto. Pero es realmente prometedor y los científicos ya lo utilizan para mejorar sus propios experimentos. Puedes aprender más sobre esto en mi video anterior. Por otro lado, tienes esas cosas cuánticas sobre las que lees mucho pero que nadie necesita ni quiere, como el internet cuántico. Y luego está la computación cuántica que, según innumerables titulares, va a revolucionar el mundo. Las computadoras cuánticas son una tecnología prometedora, sí, pero lo mismo se puede decir sobre la fusión nuclear y mira cómo funcionó. Muchos físicos, incluido yo mismo, han advertido que la computación cuántica está siendo sobrevendida. No va a cambiar el mundo, tendrá algunas aplicaciones de nicho en el mejor de los casos, y llevará mucho más tiempo de lo que muchas empresas emergentes quieren que crea. Aunque admiro el optimismo de los creyentes de la computación cuántica y también el vocabulario. Por ejemplo, hay una startup llamada "multiverso" que "trabaja con clientes en más de 10 verticales". Algunos de ellos no encuentran el camino de regreso del baño. O aquí hay uno llamado "cuántico universal" que tiene un "equipo tolerante a fallas" que "abraza el enredo" y ayuda a todos a encontrar una "súper posición". Si los miras, ¿colapsan? Esta compañía también publicó recientemente una publicación de blog titulada "Seis razones por las que Liz Truss necesita una computadora cuántica" que explica, por ejemplo, "Las computadoras cuánticas son adecuadas para modelar sistemas complejos, lo que las hace mejores para pronosticar patrones climáticos a corto plazo y los efectos a largo plazo. del cambio climático.” La última vez que miré, nadie tenía idea de cómo hacer un pronóstico del tiempo en una computadora cuántica. No es solo que nadie lo haya hecho, nadie sabe si es posible, porque el clima es un sistema no lineal mientras que la mecánica cuántica es una teoría lineal. Aquí hay un ejemplo de un reciente revuelo cuántico, de un sitio web llamado "Investors Chronicle" en un artículo titulado "Quantum computing: a new industrial revolution". Después de crear mucha niebla sobre las superposiciones y la interferencia, explican que las computadoras cuánticas están cerca de mostrar una "ventaja cuántica" y que "la ventaja cuántica, por lo tanto, puede interpretarse como cuando el poder de resolución de problemas se puede aplicar a problemas del mundo real ". lo que lo hace mucho más interesante para los inversores”. Eso está mal. De hecho, se ha demostrado la ventaja cuántica para algunas computadoras cuánticas, pero eso solo significa que la computadora cuántica hizo algo más rápido que una computadora convencional, no que esto fuera útil para problemas del mundo real. Simplemente produjeron una distribución aleatoria que llevaría mucho tiempo calcular por cualquier otro medio. Es así, este tipo grapando 5 M&M. Eso es un récord mundial, hurra, pero ¿qué vas a hacer con él? El problema es que muchos directores ejecutivos en la industria y el sector financiero no pueden distinguir un sostén de un ket y creen que la computación cuántica en realidad será relevante para su negocio, y que lo será pronto. Por ejemplo, en una reciente conferencia sobre computación cuántica en Londres, el director gerente de investigación del Bank of America dijo que la computación cuántica será "más grande que el fuego". La única forma en que puedo ver que esto se haga realidad es que producirá más emisiones de carbono. Esta burbuja de promesas infladas eventualmente estallará. Es solo cuestión de tiempo. Esto provocará una disminución repentina de la inversión en tecnología cuántica en general y será el comienzo de un momento difícil para la investigación y el desarrollo. Este escenario ha sido denominado el “invierno cuántico”. Y llega el invierno. Pero antes de llegar al invierno cuántico, permítanme resumir brevemente cómo funcionan las computadoras cuánticas y cuáles son sus problemas. Una computadora convencional trabaja con bits que toman uno de dos valores discretos. En cambio, una computadora cuántica usa qubits que pueden estar en *superposiciones arbitrarias de dos estados. Luego, una computadora cuántica funciona enredando los qubits y cambiando este enredo. El entrelazamiento es un tipo de correlación, pero no tiene analogía en las computadoras convencionales. Esta es la razón por la cual las computadoras cuánticas pueden hacer cosas que las computadoras estándar no pueden hacer. Para algunos problemas matemáticos, una computadora cuántica puede darte una respuesta mucho más rápido que cualquier computadora convencional. Esto se llama “ventaja cuántica”. Esos problemas incluyen cosas como factorizar números grandes en factores primos. Pero también calculando propiedades de moléculas y materiales sin tener que sintetizarlos químicamente primero. Poner estas preguntas en una computadora cuántica podría acelerar el diseño de materiales y el descubrimiento de fármacos. Las computadoras cuánticas también pueden resolver ciertos problemas logísticos u optimizar los sistemas financieros. Por eso, si eres Bank of America, crees que es más grande que el fuego. Y como el fuego, la computación cuántica no es magia, es una aplicación de la mecánica cuántica estándar. No hay nueva física especulativa involucrada. Es más bien al contrario. Las afirmaciones de que las computadoras cuánticas *no funcionarán se basan en una nueva física especulativa. Pero una cosa es decir que si pudieras construirlos, serían útiles. Es otra cosa completamente construirlos realmente. Entonces, ¿qué se necesita para construir una computadora cuántica? En primer lugar necesitas qubits. Entonces tienes que encontrar una forma de enredar muchos de esos qubits. Y, como una computadora convencional, una computadora cuántica necesita un algoritmo que le diga cómo mover el enredo. Eventualmente, realiza una medición que colapsa la función de onda y lee el estado final. Este estado final debe ser uno que responda su pregunta correctamente con alta probabilidad. Esto significa que lo más importante es que una computadora cuántica no es un dispositivo independiente, necesita otros dispositivos para la programación y la lectura. La parte cuántica es realmente solo una pequeña parte de todo. Ahora hablemos de los problemas. Primero están los qubits. Producirlos no es el problema, de hecho, hay muchas formas diferentes de producir qubits. Revisé las ventajas y desventajas de cada enfoque en un video anterior, así que mira esto si quieres saber más. Pero un problema general con los qubits es la decoherencia, lo que significa que pierden sus propiedades cuánticas rápidamente. Los sistemas más desarrollados actualmente son los qubits superconductores y las trampas de iones. IBM y Google utilizan, por ejemplo, qbits superconductores. Para que funcionen, deben enfriarse a 10-20 mili Kelvin, que es más frío que el espacio exterior. Aun así, pierden la coherencia en decenas de microsegundos. Las trampas de iones se utilizan, por ejemplo, en IonQ y Honeywell. Deben “solamente” enfriarse a unos pocos Kelvin por encima del cero absoluto. Tienen tiempos de coherencia mucho más largos, hasta algunos minutos, pero también son mucho más lentos para reaccionar a las operaciones, por lo que no está claro a priori qué enfoque es mejor. Yo diría que ambos son igualmente malos. El enfriamiento no solo es costoso y consume mucha energía, sino que requiere una gran cantidad de equipos y es difícil de escalar a computadoras cuánticas más grandes. Parece que IBM está tratando de hacerlo batiendo récords mundiales en la construcción de grandes contenedores criogénicos. Supongo que si lo de la computación cuántica no funciona, pueden alquilarlos para congelar la cabeza de la gente. Hay algunos qubits que funcionan a temperatura ambiente, los más prometedores actualmente son los sistemas de vacantes de nitrógeno y la fotónica en un chip. Sin embargo, para ambos, no existe una computadora cuántica que funcione hasta la fecha y no está claro cuáles pueden ser los desafíos, y mucho menos cómo superarlos. El siguiente gran problema es combinar estos qubits. Nuevamente, el problema es que los efectos cuánticos son frágiles, por lo que la computadora cuántica es extremadamente sensible al ruido. El ruido trae errores. Puede corregirlos hasta cierto punto, pero esta corrección de errores requiere más qubits. Más qubits traen problemas por sí mismos, por ejemplo, tienden a no ser tan independientes como deberían ser, un problema conocido como "diafonía". Es como si estuvieras tratando de escribir mientras mueves los pies en círculos. Se pone realmente difícil. Los estados de los qubits también están a la deriva si los dejas desatendidos. De hecho, es un misterio en este momento qué hace una computadora cuántica si no calculas con ella. Es como si fuera difícil calcular lo que hace un gran sistema cuántico. ¿Tal vez podamos ponerlo en una computadora cuántica? Y, por último, está el tema de los algoritmos: se conocen pocos algoritmos para computadoras cuánticas, un tema que a menudo no se menciona porque todos están enfocados en la tecnología. Wikipedia tiene una lista útil de algoritmos cuánticos. Es corto. Varios de esos algoritmos no calculan nada de uso práctico, y para algunos no se sabe si conducen a alguna aceleración. Como deja claro este breve resumen, los desafíos son enormes. Pero, ¿qué tan avanzada está la tecnología? Las computadoras cuánticas actuales más grandes tienen entre 50 y 100 qubits, aunque IBM tiene una hoja de ruta que dice que quiere llegar a mil el próximo año. Dos enfoques diferentes han demostrado una "ventaja cuántica", es decir, han realizado un cálculo más rápido de lo que podría haber hecho la computadora convencional más rápida actualmente. Sin embargo, en esas demostraciones de ventaja cuántica, los dispositivos ejecutaban algoritmos que no calculaban nada útil. El cálculo "útil" que rompe récords para las computadoras cuánticas es la factorización de números primos de 21. Ese es el número, no el número de dígitos. Sí, la respuesta es 3 por 7, pero si lo haces en una computadora cuántica puedes publicarlo en Nature. En caso de que esté impresionado por este logro, permítame aclarar que hacer este cálculo con el algoritmo estándar y la corrección de errores está mucho más allá de la capacidad de las computadoras cuánticas actuales. De hecho, usaron un algoritmo simplificado que funciona para este número en particular. Para ser justos, ha habido algunas aplicaciones lindas de algoritmos cuánticos para ejemplos simples en química cuántica y aprendizaje automático, pero nada de esto está ni siquiera cerca de ser comercialmente interesante. ¿Cuántos qubits necesita una computadora cuántica para hacer algo comercialmente interesante? Las estimaciones actuales dicen que son varios cientos de miles a unos pocos millones de qubits, según lo que desee calcular y qué tan grande sea su tolerancia a los errores. Muchos entusiastas de la computación cuántica afirman que llegaremos rápido gracias a la ley de Moore. Desafortunadamente, debo informarle que la ley de Moore no es una ley de la naturaleza. Funcionó para computadoras convencionales porque podían miniaturizarse. Sin embargo, no puede miniaturizar los iones o la longitud de onda Compton de los electrones. Ya son tan pequeños como se pone. La naturaleza es una perra a veces. En los últimos años ha habido algo de ruido en torno a las computadoras cuánticas ruidosas de escala intermedia, o NISQ para abreviar. Esas son pequeñas computadoras cuánticas en las que simplemente aceptas el ruido, como las secciones de comentarios de YouTube. Pero nadie parece haber encontrado nada útil que hacer con ellos y la exageración a su alrededor se ha calmado notablemente recientemente. Supongo que ahora entiendes por qué soy extremadamente escéptico de que estemos cerca de las aplicaciones comercialmente relevantes de las computadoras cuánticas. Pero escuchemos lo que dicen otras personas. Está, por ejemplo, Mikhail Dyakonov, un profesor de física que ha trabajado en cosas cuánticas mucho más tiempo que yo. Ha escrito un libro que se publicó en 2020 con el título "¿Alguna vez tendremos una computadora cuántica?" Tiene solo 49 páginas, que es lo que sucede si aceptas escribir un libro pero luego notas que a la mitad prefieres hacer otra cosa. Termina respondiendo a su propia pregunta: “No, nunca tendremos una computadora cuántica. En su lugar, podríamos tener algunos dispositivos cuánticos de tareas especiales (y escandalosamente caros) que funcionan a temperaturas milikelvin. La saga de la computación cuántica está a la espera de un profundo análisis sociológico, y de esta fascinante aventura se deben aprender algunas lecciones para el futuro”. La brevedad del libro de Dyakonov se equilibra con otro libro, "Law and Policy for the Quantum Age", de Chris Hoofnagle y Simson Garfinkle, que llegan a las impresionantes 602 páginas. Su libro se acaba de publicar a principios de este año, está disponible gratuitamente en línea y tiene una adorable foto de un gato en la portada, así que definitivamente échale un vistazo. Hoofnagle es profesor de derecho y Garfinkle es científico de datos, pero su libro ha sido fuertemente informado por personas que trabajan en computación cuántica. Miran los posibles escenarios futuros. El escenario más probable, dicen, es el "invierno cuántico", que describen de la siguiente manera: "En este escenario (llámelo "invierno cuántico"), los dispositivos de computación cuántica siguen siendo ruidosos y nunca alcanzan una ventaja cuántica significativa... Después de un tremendo gran cantidad de dinero público y privado se gasta en la búsqueda de tecnologías cuánticas, las empresas en el campo se limitan a aplicaciones de investigación o simplemente fallan, y las carreras profesionales se marchitan. Si eso sucede, la financiación de la computación cuántica finalmente se acabará. Los académicos y científicos en el campo se reorganizan y cambian, o simplemente parecen irrelevantes, incluso vergonzosos”. Luego está Victor Galitski, profesor del Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland, quien escribió en una publicación de 2021 en LinkedIn: “La cantidad de algoritmos cuánticos conocidos, que prometen una ventaja sobre la computación clásica, es solo unos pocos (y ninguno de ellos). "resolverá el calentamiento global" con seguridad). Más importante aún, hasta ahora se ha demostrado en la práctica exactamente cero algoritmos de este tipo y la brecha entre lo que se necesita para realizarlos y el hardware actualmente disponible es enorme, y no es solo una cuestión de números. Hay desafíos cualitativos con la ampliación, que probablemente llevará décadas resolver (si es que alguna vez se soluciona)”. Más recientemente, hubo un artículo de opinión de Nikita Gourianov en el Financial Times. Nikita trabaja en física cuántica computacional en la Universidad de Oxford. Él escribe: “A medida que fluía más dinero [hacia la computación cuántica], el campo creció y se volvió progresivamente más tentador para los científicos exagerar sus resultados… Después de unos años de esto, una perspectiva muy exagerada sobre la promesa de la computación cuántica llegó a la corriente principal . , lo que lleva a… la formación de una burbuja clásica”. Luego señala que ninguna empresa de computación cuántica está obteniendo ganancias actualmente y que "los pocos ingresos que generan provienen principalmente de misiones de consultoría destinadas a enseñar a otras empresas sobre "cómo las computadoras cuánticas ayudarán a su negocio". Tengo que estar en desacuerdo con el punto final porque las grandes empresas tienen otra forma de ganar dinero con las computadoras cuánticas, a saber, alquilándolas a universidades. Y dado que los gobiernos están invirtiendo dinero en investigación, esa es una forma bastante prometedora de canalizar el dinero de los impuestos a su negocio. Imagina que el LHC fuera propiedad de Google y los físicos de partículas tuvieran que pagar para usarlo. Así es como creo que sucederá con la computación cuántica: primero, todas las nuevas empresas más pequeñas fallarán porque no alcanzan sus hitos, el capital de riesgo se evaporará y todos los computadores cuánticos sobreeducados en la academia usarán el dinero de las subvenciones para pagar unos cuantos grandes empresas que poseen los únicos dispositivos que funcionan. Y aunque esos dispositivos son objetos de investigación interesantes, no serán útiles para aplicaciones comerciales. Podría estar totalmente equivocado, por supuesto. Tal vez una de esas nuevas empresas realmente presente una plataforma de computación cuántica escalable. No sé, supongo que tanto como los demás. Pero si se acerca el invierno cuántico, ¿qué significa para ti y para mí? Bueno, algunas personas perderán mucho dinero, pero eso solo significa que tenían demasiado para empezar, así que no puedo decir que me moleste tanto. También habrá menos titulares sobre cómo la computación cuántica supuestamente va a revolucionar algo, lo que diría que es un buen desarrollo. Y veremos a muchas personas que trabajaron en computación cuántica dedicarse a otras profesiones. Lo más probable es que dentro de diez años pueda tener una conversación agradable sobre los detalles más finos del enredo de partículas múltiples con su conductor de taxi. No sé ustedes, pero estoy deseando que llegue el invierno cuántico. De acuerdo, déjame adivinar, no entendiste bien cómo funcionan las computadoras cuánticas. No te desesperes, nuestro patrocinador Brilliant puede ayudarte con esto. Desesperación. Brilliant es una herramienta increíble para aprender. 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