Schrödingerren katua eta kutxa

Konputazio kuantikoaren errealitate paraleloak

15 octubre, 2020 Joseba Laka Mugartza

Compártelo:

Schrödingerren katua esperimentu intelektual bat da, sarritan paradoxa gisa deskribatua, Erwin Schrödinger austriar irlandarrak 1935ean sortua. Mekanika kuantikoaren funtsezko kontzeptu batzuk ulertzen laguntzen digu, eta bere garaian garrantzitsua izan zen eguneroko objektuetan oinarritutako interpretazioak egiteko.

Agertokiak katu hipotetiko bat du, aldi berean bizirik eta hilik egon daitekeena kutxa baten barruan, “gainjartze kuantiko” gisa ezagutzen den egoera batean. Gainjartzea modu errazean azaltzeko balio du paradoxak, mekanika kuantikoaren fenomeno bakarretako bat. Laburbilduz, katua ikusten ez dugun bitartean, bizirik eta hilda dago aldi berean. Bi errealitate aldi berean. Ulertzeko zaila, zalantzarik gabe.

“Elkarrekintza kuantiko” izeneko fenomeno fisiko bitxia ere erabili zuen esperimentu intelektualak. Partikula pare edo talde bat sortzen, elkarrekintzan jarduten edo espazio-hurbiltasuna partekatzen duenean gertatzen den fenomeno fisiko sinestezin eta ulergaitz bat da: Parearen edo taldearen partikula bakoitzaren egoera kuantikoa ezin da deskribatu gainerakoen egoeratik aparte, nahiz eta partikulak distantzia handi batetik bereizita egon.

Bi fenomenoak dira konputazio kuantikoaren oinarria. Konputazio kuantikoa fenomeno kuantikoak erabiltzea da, hala nola gainjartzea eta elkarrekintza, konputazioa egiteko. Kalkulu kuantikoak egiten dituzten ordenagailuei konputagailu kuantiko deritzogu. “Uste da” konputagailu kuantikoak gai direla metodo konputazional klasikoak erabiliz modu praktikoan ezinezkoak diren problema konputazional batzuk ebazteko. Nolabait sinesmenetik ziurtasunera pasatzen ari garela esan dezakegu, baina bidea ziurgabetasunez josita dago

Bestalde lan eta ikerketa eremu zabala da, eta hainbat ikerketa-ildo eta lan-ildo bereizten dira: konputazioa, komunikazioak, sentsorika, adimen artifiziala (batez ere optimizazio-arazoei dagokienez), zibersegurtasuna (bereziki kriptologia), sistemen ingeniaritza eta abar.

Bitxia bada ere, bizitza eta heriotza antzekoak dira ikerketa ildo teknologikoei (zer izango den) eta erabilgarritasunari (zer den) erreparatuz gero. Zergatik? Gako asko daude, baina nire iritzi apalean:

1-Lehenik, erabilgarritasunaren ikuspuntutik konputazio kuantikoa bizirik eta hilik dagoelako aldi berean. Hemen katua erabilgarria eta alferrikakoa da, aldi berean. Aurrerapenak etengabeak dira eta gero eta arreta mediatiko handiagoa jasotzen dute, baina, aldi berean, badira epe laburrerako erabilgarritasunari eragiten dioten oztopoak. Ordenagailu kuantikoek informazioa gordetzen dute “qubit” izeneko zerbaitetan, eta horrek bit kuantiko bat adierazten du.

Egitura fisiko horiek informazioa gordetzen dute, bit informatiko klasiko bat bezala, baina gainjartze eta elkarretaratze fenomenoak erabiltzen dituzte. Edozein unetan 0 edo 1 egoeran dagoen bit klasiko batek ez bezala, qubit bat gainjartze-egoeran egon daiteke, eta 0 edo 1 egoeraren konbinazio lineal batean egon daiteke aldi berean. Gainera, qubitak elkar daitezke, eta horrek esan nahi du bit asko elkarrekin lotuta daudela. Hala, bataren egoera aldatzeak berarekin lotutako beste qubit batzuen egoera aldatuko du bat-batean, baita beste qubit horiek jatorrizko qubitetik fisikoki hurbil ez badaude ere (horra hor teleportazioa). Gainjartze-egoera bateko qubitak oso ahulak dira.

Erraz erortzen dira 0 edo 1 egoera sinpleagoan, kanpo-interferentziaren bat badago. Hori minimizatzeko, egungo konputagailu kuantikoak zatiak ahalik eta gehien isolatzen saiatuko dira, hutsean jarriz, zero absolututik hurbil dauden tenperaturetan hoztuz, bibrazio-isolamenduko plataformak erabiliz mugimenduak minimizatzeko, eta blindaje magnetikoa instalatuz, kaleko eremu magnetiko eta elektromagnetikoetatik isolatzeko. Neurri berezi horiekin guztiekin ere, gainjartze-egoeran apur bat irauten duen denbora mikrosegundo edo milisegundo gutxi batzuk besterik ezin da izan gaur egungo makina batzuetarako.

Laburbilduz: sistema hauskorrak dira (eta izugarri garestiak). Izan badira, heltzen dira, gaitasunetan aurrera egiten dute, baina ez dugu espero bihar edo etzi gure inguru hurbilean ikusterik.

2- Bigarrena; izan ere, hedapenaren ikuspegitik, konputazio kuantikoa hodeiaz jatorrizko moduan baliatzen den lehen belaunaldia izango da. Baten batek “on premise” edukitzerik izango du, baina kasu zehatzetan bakarrik. Hodeian egoteak onuragarria da erabilgarritasunari dagokionez, ez baitugu inor gure sare lokalean edo gure prozesu-zentroan instalatutako ordenagailu kuantiko batera sartu arte itxaron beharko. Enpresa batzuek garatzaileei bizitza errazteko lan egiten dute, esperimentazioan laguntzen duten inguruneak sortuz (IBM adibide baterako Qiskit-ekin) edo horretarako berariaz pentsatutako garapen-inguruneen bidez sarbidea erraztuz.

Hala, badirudi nahikoa dela egokitze-ikastaro bat ordenagailu kuantiko batekin lan egiteko. Baina ez da hala, algoritmo kuantikoak garatzeko, hein batean, konputazio klasikoaren algoritmoetatik ezagutzen duguna “desikasi” behar baita. Algoritmo kuantiko baten oinarrizko helburua da qubiten manipulazioa koreografiatzea, qubiten egoera kuantikoa probabilitate oso handiarekin bilatzen ari den erantzunean eratzeko hainbat teknika erabiliz. Kalkulu baten emaitza neurtzen denean, qubiteko egoerak 0 edo 1 egoera klasikoetan kolapsatuko dira, eta ez dute gainjartzerik edo elkarrekintzarik izango. Kalkuluan erabilitako qubit kopuruaren bit kopuru bera lortuko duzu emaitzan.

Laburtuz: Hau ez 160 orduko programazio ikastaro batean ikasten dan gauza, aurrean jartzen gaituzten SDK eta API guztiak jarrita ere

3-Hirugarrena, estatuen eta berrikuntza ekosistemen ikuspegitik konputazio kuantikoa tresna garrantzitsua da, eta gaur egun inbertsio handiak egiten dira: Erresuma Batua izan zen serio-demontre inbertitzen zuen lehen herrialdea, eta, 2013an, mila milioi euroko inbertsioa hasi zuen, 2024 arte luzatuko dena. Europan, Frantziak jarraitzen dio, mila laurehun milioiko planarekin 2025era arte. Ozeanoa zeharkatuta Estatu Batuak ditugu mila eta berrehun milioi eurorekin 2024ra arte. Baina, zalantzarik gabe, herrialde bat besteen gainetik inbertitzen ari bada, hori Txina da, eta hamabi mila milioi euroko inbertsioa jarri du martxan.

Arrisku handiko inbertsioak dira, baina itzulera izugarria irabazlearentzat (edo irabazleentzat). Adibidez, Shorren algoritmo kuantikoa arrakastaz eta modu garbi batetan garatzen lortzen duen lehen taldeak (zenbaki handietarako, eskalagarria eta eraginkorra) izango du giltza, batez ere RSA sisteman oinarritutako egungo babes kriptografikoak hausteko: Munduko James Bond guztien ametsa, akabo pribatasuna. Baina urteak igaro eta emaitzak lortzen ez badira? Negu kuantikoa, enpresa aitzindari batzuek teorizatzen duten bezala. Sinesgarritasunik ezak inbertsioa hondoratzea ekarriko luke, eta, beraz, beharrezko ikerketak aurrera egitea.

Laburbilduz, eremu horretan inbertsioa bizirik dago, baina hilda egon liteke, eta guk ez dugu ondo ulertuko zergatik, ez bait gaude inbertsio lidergo eremutan

4- Laugarrena, ez dugu ikusi behar konputazio kuantikoa klasikoaren ordezkapen gisa. Ez da zuzena esatea, halaber, konputazio klasikoan egindako aurrerapenen bidez, gaur egun konputagailu kuantikoetarako pentsatuta dauden problemak ebatzi ditzakegula. Batek ez du bestea hiltzen. Ordenagailu kuantikoak koprozesadore gisa erabiliko direla dirudi, ordenagailu klasikoekin batera. Bestalde konputagailu kuantikoen probabilitate-izaera arazo bat izan daiteke aplikazio batzuetan, konputagailu kuantikoak ez baitira deterministak, beren izaera fisikoagatik.

Laburbilduz, konputazio kuantikoa eta klasikoa bikote berri legez ikusiko dugu

5-Azkenik, pentsatu behar da konputazio-eremu hori bizirik eta hilda dagoela maila lokalean. Bizirik, bai TECNALIA baitan (KET Zibersegurtasuna eta KET Adimen Artifiziala) eta euskal ikerketa-talde batzuetan ikerlariak eta teknikariak modu aktiboan ari baitira lanean aipatutako ikerketa-ildo bakoitzean. Enpresa batzuk ere gurekin hasi dira esperimentazio bide horretan (e.g. Ibermatica I3B taldea) eta laster arlo pribatuko izen berriak gurekin lan egitea espero dugu. Hila… asko kostatzen delako azaltzea teknologia horien aplikagarritasuna esponentziala izango dela, gaur egun konponezinak diren konputu-problemak bihar bertan eskuragarriak izatea lortzeko ahalmenarekin.

Katua (konputazio kuantikoa) bizirik eta hilik dago aldi berean, eta bi-hiru urte barru kaxatik irteten dela ikusiko dugu. Bien bitartean, berriz ikasteko desikasten jarraituko dugu, eta kasu praktiko eta erabilgarriekin esperimentatuko dugu (hori baita guri orain dagokiguna).

Sobre Joseba Laka Mugartza

Desde que descubre el software sobre un ZX Spectrum allá por 1983 hasta hoy es un apasionado de las tecnologías y de las personas con interés por las tecnologías.

Actualmente es el Director de ICT de TECNALIA donde comparte junto a un amplio equipo de investigadores y tecnólogos el reto de desarrollar líneas de I+D que impacten de forma positiva en el resultado de las empresas del llamado “macro-sector TIC”.

Se formó como Ingeniero en Informática y posteriormente ha ampliado conocimientos en varios postgrados relacionados con el mundo de la empresa, la investigación y la gestión de la tecnología. Antes de entrar en TECNALIA se formó en la vida y en la empresa, en la aventura de Airtel, finalizando 10 años después su vinculación a las Telcos en la sede central de Vodafone en UK, tras pasar por Alemania, Italia y Japón (entre otros destinos).

Dejar un comentario

* Campos obligatorios