La guía de computación cuántica DSI

Sobre el autor

Matthew Brisse es vicepresidente de investigación en Gartner.

La tecnología de computación cuántica está rodeada de mitos y místicos, lo cual es comprensible cuando se consideran los clichés que lo rodean cuando se habla de ello: "Las computadoras cuánticas funcionarán más rápido que la velocidad de la luz". "Las computadoras cuánticas reemplazarán todos los sistemas convencionales".

"La computación cuántica hará que todos los algoritmos de cifrado de seguridad sean obsoletos". Los CIO se han visto inundados de publicidad, pero deben aprender a reducir el ruido para comprender el poder disruptivo de la computación cuántica y sus posibles aplicaciones en inteligencia artificial (IA), aprendizaje automático y la ciencia de los datos.

Si bien las soluciones cuánticas pueden revolucionar toda la industria de TI, con importantes impactos económicos, industriales y sociales, no funcionarán a la velocidad de la luz, no reemplazarán los sistemas actuales ni harán disponibles todos los cifrados. Seguridad superflua durante la noche.

La computación cuántica, sin embargo, no debe ser ignorada. Tiene un enorme potencial en las áreas de química, optimización, ML e IA, y abordará oportunidades clave en estas áreas actualmente inaccesibles debido a limitaciones arquitectónicas. informática clásica

¿Qué es la computación cuántica?

La computación cuántica es un tipo de computación no clásica basada en el estado cuántico de partículas subatómicas. Difiere fundamentalmente de las computadoras convencionales, que usan bits binarios. La computación cuántica utiliza bits cuánticos o qubits. Un qubit puede representar un rango de valores llamado "superposición".

La superposición permite que las computadoras cuánticas accedan a la velocidad y el paralelismo, y cada bit individual representa una solución cuantitativa a un problema. Qubits también se pueden vincular (llamado "enredo"). Cada qubit enredado agrega dos dimensiones adicionales al sistema. En combinación con la superposición, las computadoras cuánticas son capaces de manejar una gran cantidad de resultados posibles a la vez. El número de qubits de alta calidad necesarios para crear una computadora cuántica viable depende del problema.

La capacidad de una computadora cuántica para superar una computadora convencional se llama "supremacía cuántica". Los expertos predicen que la supremacía cuántica se hará realidad en unos pocos años para un número limitado de problemas informáticos.

Posibles aplicaciones de la computación cuántica.

Dado que es poco probable que la computación cuántica de propósito general siempre tenga un significado económico, las aplicaciones de la tecnología serán limitadas y altamente específicas. Sin embargo, la tecnología tiene el potencial de revolucionar algunas industrias. La computación cuántica podría permitir avances en:

• Aprendizaje automático: ML mejorado gracias a una predicción estructurada más rápida. Los ejemplos incluyen máquinas de Boltzmann, máquinas cuánticas de Boltzmann, aprendizaje semi-supervisado, aprendizaje no supervisado y aprendizaje en profundidad;
• Inteligencia artificial: los cálculos más rápidos podrían mejorar la percepción, la comprensión y el diagnóstico de fallas de circuito / clasificadores binarios;
• Química: los nuevos fertilizantes, catalizadores y composiciones químicas para baterías mejorarán el uso de los recursos;
• Bioquímica: nuevos medicamentos, medicamentos a medida y tal vez incluso restauradores del cabello;
• Finanzas: la computación cuántica podría permitir simulaciones Monte Carlo más rápidas y complejas; por ejemplo, negociación, optimización de trayectoria, volatilidad del mercado, optimización de precios y estrategias de cobertura;
• Cuidado de la salud: la secuenciación de genes de ADN, como la optimización del tratamiento de radiación / detección de tumores cerebrales, podría realizarse en segundos en lugar de horas o semanas;
• Materiales: materiales súper fuertes; pinturas anticorrosivas; lubricantes y semiconductores;
• Ciencias de la Computación: Funciones de búsqueda multidimensional más rápidas; por ejemplo, optimización de consultas, matemáticas y simulaciones.

El riesgo de ignorar la computación cuántica

Si bien muchos aspectos de la computación cuántica siguen siendo inciertos, como la física, los materiales y los controles, las multinacionales como IBM, Google, Intel y Microsoft ya están invirtiendo mucho en hardware y software.

Los CIO deben considerar la tecnología de computación cuántica como una ventaja competitiva, ya que los nuevos algoritmos inspirados en tecnologías cuánticas podrían producir soluciones innovadoras y nuevos enfoques para el desarrollo de productos. Esto también podría reducir significativamente el tiempo de comercialización y optimizar la entrega a los clientes.

Además, ignorar la computación cuántica puede poner en peligro la propiedad intelectual y las carteras de patentes: los primeros usuarios se beneficiarán de una ventaja competitiva al patentar innovaciones inspiradas en tecnologías cuánticas en campos específicos. Por ejemplo, un competidor podría desarrollar una solución cuántica para mejorar las simulaciones de Monte Carlo al 1000%, o una compañía farmacéutica podría reducir significativamente el tiempo de comercialización de nuevos medicamentos.

Las realidades de la computación cuántica

Actualmente estamos experimentando un importante período de invierno, es decir, la exageración está superando el desarrollo, lo que puede afectar negativamente las percepciones e inversiones. La exageración crea conciencia mientras establece expectativas poco realistas de plazos y capacidades. Se garantiza que este nivel de exageración mediática dará paso a la desilusión, que es particularmente peligrosa para la computación cuántica, ya que requiere una inversión sostenida y específica a largo plazo.

Como la física fundamental de la computación cuántica permanece en desarrollo, no aparecerán resultados consistentes durante al menos 5 a 10 años. Por lo tanto, cualquier inversión en la búsqueda de oportunidades de computación cuántica debe producir descubrimientos monetizables.

La logística requerida para las computadoras cuánticas es específica: los entornos deben enfriarse a 0,015 Kelvin y los procesadores deben colocarse en refrigeradores de dilución protegidos 50 000 veces menos que el campo magnético de la Tierra. También es necesario calibrar varias veces al día. Estas condiciones de mantenimiento no son viables para la mayoría de las organizaciones. Gartner recomienda a las compañías interesadas en la computación cuántica que aprovechen la computación cuántica como servicio (QCaaS) para minimizar el riesgo y limitar los costos. Para 2023, el 95% de las organizaciones que buscan estrategias de computación cuántica usarán QCaaS.

En general, sigue siendo más prudente subinvertir en tecnología o invertir en empleados calificados que pueden ser completamente productivos como gerentes de producto en áreas generadoras de ingresos. A medida que surgen oportunidades de computación cuántica, estos gerentes de producto tendrán las habilidades para tratar con ellos. Gartner ha identificado un sorprendente número de graduados en física cuántica en funciones de gestión de productos.

Los CIO deben centrarse en el valor comercial y esperar resultados en al menos cinco años.

Para 2023, el 90% de las inversiones en computación cuántica en empresas utilizarán organizaciones de consultoría cuántica para ayudar a resolver problemas que pueden beneficiarse de los algoritmos cuánticos. Saber identificar y extraer el valor comercial de una iniciativa de computación cuántica es una habilidad clave para desarrollar. Los CIO deben buscar oportunidades potenciales de la computación cuántica y estar listos para ayudar a la compañía a explotarlos.

Estas oportunidades deberán estar totalmente integradas con las tecnologías de información tradicionales y requerirán una nueva colaboración cruzada por parte de los científicos investigadores, informáticos y científicos de datos cuánticos. Este nuevo paradigma de desarrollo es esencial para el éxito de cualquier programa cuántico.

Matthew Brisse es vicepresidente de investigación en Gartner.