En 2012, sentado en una piscina caliente, el físico Seth Lloyd propuso una aplicación de Internet cuántica a los creadores de Google, Sergey Brin y Larry Page. Lo llamó Quoogle: un motor de búsqueda que utiliza matemáticas basadas en la física de partículas subatómicas y muestra resultados sin conocer las propias consultas. Tal salto requeriría un tipo de memoria completamente nuevo, la llamada QAMM, o memoria cuántica de acceso aleatorio.
Aunque la idea intrigó a Brin y Page, la abandonaron, dijo Lloyd a "Gizmodo". Según él, le recordaron que su modelo de negocio se basa en saberlo todo de todos.
Pero KOSU, como idea, no murió. Las computadoras modernas recuerdan bien la información en miles de millones de bits, dígitos binarios iguales a cero o uno. La RAM, o memoria de acceso aleatorio, almacena información durante un breve período de tiempo en chips de silicio, asignando cada pieza de información a una dirección específica, a la que se puede acceder de forma aleatoria y en cualquier orden para consultar esta información posteriormente. Esto hace que la computadora sea mucho más rápida, lo que permite que su computadora portátil o teléfono móvil acceda inmediatamente a los datos almacenados en la RAM, que a menudo utilizan las aplicaciones, en lugar de buscarlos en el almacenamiento, que es mucho más lento. Pero en algún momento en el futuro, los procesadores de computadora pueden ser reemplazados o aumentados por procesadores de computadora cuántica, máquinas capaces de incorporar bases de datos gigantes.aprendizaje automático e inteligencia artificial. Las computadoras cuánticas son todavía una tecnología incipiente, pero si alguna vez pueden ejecutar estos algoritmos potencialmente lucrativos, necesitarán una forma completamente nueva de acceder a la RAM. Necesitarán un CUERPO.
"KRAM puede ser una aplicación excelente que hace que los dispositivos cuánticos de Google e IBM sean instantáneamente útiles", dijo Lloyd a Gizmodo.
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Las computadoras clásicas como ThinkPad, Iphone y las supercomputadoras más poderosas realizan todas sus operaciones traduciendo los datos en una o muchas combinaciones de bits, ceros y unos. Los bits interactúan entre sí y finalmente producen otra combinación de ceros y unos. Las computadoras cuánticas también producen el resultado final en forma de unos y ceros. Pero a medida que avanza el conteo, sus bits cuánticos, o qubits, se comunican entre sí de una manera nueva, a través de las mismas leyes de la física que gobiernan los electrones. En lugar de ser solo cero o uno, cada qubit puede ser ambos al contar, utilizando una ecuación matemática que cifra la probabilidad de obtener cero o uno solo cuando prueba su valor. Varios qubits usan ecuaciones más complejas,que se refieren a los valores de qubit como objetos matemáticos individuales. El resultado es una o más cadenas binarias posibles, cuyo valor final está determinado por las probabilidades en las ecuaciones.
Este extraño enfoque matemático (los qubits son ecuaciones hasta que los calcula, y luego se ven como bits nuevamente, pero sus valores pueden incluir un elemento de aleatoriedad) le permite resolver problemas tradicionalmente difíciles para las computadoras. Uno de esos desafíos es la descomposición de grandes números en números primos, lo que rompe los algoritmos utilizados para almacenar grandes cantidades de datos cifrados, un desarrollo que puede ser “catastrófico” para la ciberseguridad. También puede servir como una nueva forma de procesar grandes conjuntos de datos, como los que se utilizan en el aprendizaje automático (como en los sistemas avanzados de reconocimiento facial).
Las computadoras cuánticas todavía no son mejores que las computadoras convencionales. IBM brinda a los científicos y empresarios acceso a un procesador de 20 qubits en funcionamiento, y a Rigetti a un procesador de 19 qubits, mientras que las supercomputadoras tradicionales pueden simular potencias cuánticas de hasta 50 qubits. A pesar de esto, el físico John Preskil anunció recientemente que la tecnología está entrando en una nueva era en la que las computadoras cuánticas pronto serán útiles para más que entretener experimentos de física. El gobierno de los Estados Unidos se toma en serio las tecnologías cuánticas debido a su importancia para la ciberseguridad, y muchos físicos y programadores están buscando nuevos nichos para ellas.
Muchos investigadores también esperan encontrar aplicaciones para computadoras cuánticas en el desarrollo de inteligencia artificial y aprendizaje automático utilizando algoritmos cuánticos. Tales algoritmos son complejos e involucran una cantidad significativa de información, por lo que requieren una alternativa cuántica a la RAM: qRAM.
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La RAM cuántica no son miles de millones de bits almacenados en múltiples qubits. En cambio, es una forma para que las computadoras cuánticas apliquen sus operaciones cuánticas a grandes listas de datos que se encuentran en problemas de aprendizaje automático. En última instancia, la RAM normal se compone de datos que los programas necesitan para ejecutarse, y los programas pueden acceder a ella especificando la dirección de los bits; de la misma manera, puede obtener la suma de celdas escribiendo (A2 + B2) en lugar de escribir números cada vez. a mano. Los algoritmos cuánticos tendrán que acceder a la memoria de acceso aleatorio ordinario a nivel cuántico; en el sentido más primitivo, crean una superposición en la que la celda es A2 y B2 al mismo tiempo, y solo entonces, después de que se completa el cálculo, muestra el valor de A2 o B2. No hay nada cuántico en la memoria como tal: cuántica es la forma en que se accede y se utiliza.
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Básicamente, si tiene muchos datos almacenados, como, por ejemplo, en bases de datos para entrenar chatbots, entonces puede haber un algoritmo cuántico que puede hacer más que una computadora normal cuando se trata de buscar datos o un mensaje de algo importante. … Esto puede ser muy lucrativo tanto para la industria financiera como para empresas como Google y, por supuesto, requerirá RAM cuántica.
Un artículo sobre QRAM, escrito por Lloyd y su equipo hace diez años, describía una forma de acceder solo a las direcciones en la memoria necesarias para la superposición, utilizando algo que llamaron la "cadena de fuego cuántica". Básicamente, dado que cada dirección en la RAM es solo una secuencia de bits, se puede considerar como un árbol de ramificación, en el que cada qubit es un puntero que le dice a la computadora que gire hacia la izquierda o hacia la derecha. Esto también funciona en computadoras convencionales, pero una computadora cuántica con solo dos opciones inevitablemente enredará caminos adicionales en cada giro, lo que finalmente conducirá a un estado cuántico increíblemente grande y frágil que puede desintegrarse fácilmente en un entorno no cuántico. Lloyd y sus colegas propusieron una estructura de árbol,en el que cada rama se mantiene automáticamente en modo de espera, permitiendo que la computadora se mueva solo en la rama derecha o izquierda (lado) para acceder a la memoria deseada, sin introducir información innecesaria. La diferencia es de naturaleza bastante técnica, pero está diseñada para reducir significativamente la potencia necesaria para resolver este tipo de problema en el aprendizaje automático.
"La mayoría de los algoritmos utilizados en la investigación requieren algún tipo de memoria cuántica", comentó Michelle Mosca, científica de la Universidad de Waterloo en Canadá, que también investigó la memoria cuántica para Gizmodo. "Cualquier cosa que reduzca el costo de la RAM cuántica aplicada también puede reducir drásticamente el tiempo antes de la llegada de las computadoras cuánticas cotidianas".
Pero todavía estamos en una etapa muy, muy temprana en el desarrollo de la programación cuántica. Hoy en día, la forma en que las computadoras antiguas recuerdan la información parece casi ridícula. La RAM consistía en bucles magnéticos conectados por cables, donde cada bucle correspondía a un bit, y la orientación del campo magnético en la bobina representaba su significado. La primera computadora estadounidense disponible comercialmente, UNIVAC-I, era conocida por almacenar datos mediante la conversión de impulsos eléctricos en ondas de sonido utilizando mercurio líquido. Esa memoria no tenía acceso aleatorio: no podía obtener los datos que deseaba en ningún momento, sino solo en el orden en que se almacenaron. Y se consideró tecnología de punta.
“Fue una obra de arte”, explicó Chris García, curador del Computer History Museum. "En ese momento, intentaron todo lo que pudieron y esperaban que algo funcionara". En ese momento, tales soluciones eran superiores a todas las anteriores. Hoy en día, las computadoras almacenan memoria en microchips hechos de un material especial llamado semiconductores, que se hizo posible no solo debido a los avances científicos, sino también gracias a los procesos que hicieron que el almacenamiento de silicio fuera mucho más barato que el almacenamiento hecho con pequeñas bobinas magnéticas.
¿Cómo será la memoria cuántica? Lo más probable es que no de la forma en que Lloyd y sus colegas lo imaginaron. En la conferencia del año pasado, los físicos bromearon diciendo que el campo de la computación cuántica bien podría convertirse en otro análogo de las cubas de mercurio líquido. Seguramente contaremos con nuevos avances tecnológicos y matemáticos que optimizarán las computadoras y sus métodos de almacenamiento de información.
Lloyd estuvo de acuerdo con esto. “Me encantaría ver a alguien difundir nuestra idea”, dijo. "Si pudiéramos traducir la información ordinaria a un estado cuántico, esta sería una aplicación asombrosa de las computadoras cuánticas a corto plazo". Después de todo, las computadoras son algo más que su capacidad para ejecutar algoritmos sofisticados. Permiten que estos algoritmos se utilicen para procesar y organizar datos para crear algo útil.
Y tal vez algún día realmente usemos Google cuántico.
Ryan F. Mandelbaum
