LOS SUPER ORDENADORES CUÁNTICOS PARA JOAN F

LOS SUPER ORDENADORES CUÁNTICOS  Ya está en marcha la nueva generación de ordenadores.  Este campo de la informática se llama super computación.  Varias naciones compiten entre ellas para ver quién llega antes y más lejos en la carrera cuántica.  Los super ordenadores son diferentes a un portátil.  Pueden ocupar edificios enteros.  Se utilizan para resolver algunos de los problemas más complicados del mundo.  Podrían recordarnos al Eniac.  La primera computadora digital programable.  Esta tenía una capacidad de 400 Flops.  Flops significa operaciones de punto flotante por segundo.  Esto sería, el número de cálculos que puede hacer un ordenador por segundo.  Es una medida para calcular la potencia de cálculo.  El Eniac contó con 400 Flops en 1945.  Estuvo operativo durante 10 años.  Y se realizaron más cálculos de los que toda la humanidad había hecho en ese momento.  Fue el gran salto que dimos gracias a la computación digital.  Un saltito, en comparación con lo que vendría después.  De 400 flops pasamos a 10.000, luego a un millón, mil millones, un billón, un cuatrillón de Flops.  Llegamos a la computación a petaescala.  El nivel que manejan las super computadoras más innovadoras.  Lo que viene a continuación es la computación a exaescala.  Es decir, pasamos a representarla con 18 ceros.  1 trillón de operaciones por segundo.  Lejísimos de la capacidad del Eniac.  Los super ordenadores a exaescala tendrán un rendimiento mil veces mejor que las máquinas a petaescala que usamos.  Vamos a poner un ejemplo muy gráfico.  Si quisieras hacer la misma cantidad de cálculos que un super ordenador a exaescala puede hacer en un segundo.  Te costaría más de 31 mil millones de años de cálculos y matemáticas.  ¿Para qué sirve tanta potencia informática?  Se emplean para calcular simulaciones de distintos fenómenos.  Como los que ocasiona el calentamiento global.  Estos mega cálculos nos permiten predecir muchas de sus consecuencias.  Y así podemos plantear soluciones antes de que sea demasiado tarde.  También reflejan cálculos a otra escala.  Como en las interacciones entre células y compuestos farmacológicos.  En modelos a nanoescala.  Para estudiar la acción de nuevos medicamentos y poder calcular sus efectos.  La computación a exaescala nos proporcionará más potencia, velocidad y precisión que nunca.  Será como mirar el mundo con un par de lentes mejor enfocadas.  Abarcará todas las especialidades: desde la química a la genética, el diseño de aviones, la física nuclear o la planificación de la red energética.  Ahora veamos sus inconvenientes.  Un mayor rendimiento significa un mayor coste.  Estos sistemas de exaescala valen cientos de millones de dólares.  Requieren de enormes cantidades de electricidad para funcionar.  Consumen más energía.  Se necesita una gran cantidad de recursos para enfriar las computadoras.  Y mantenerlas a un rendimiento óptimo.  No sólo son costosas en el apartado técnico, también en su programación.  Sus procesadores se conectan de manera diferente.  Es más compleja.  Se conectan a la memoria y al almacenamiento de una forma distinta.  Y manejan una cantidad de información sin precedentes.  En definitiva, que hay que programarlas con un código diferente del que empleamos en los ordenadores domésticos.  Hay que modificar toda su arquitectura.  Desde la física del hardware a la programación de su software.  Incluyendo la ingeniería de los edificios que albergan estos super ordenadores.  La primera máquina a exaescala estaba prevista que llegase al Laboratorio Nacional de Argonne de Estados Unidos, en 2021.  Pero se ha retrasado.  Su nombre es ‘Aurora’.  Este equipo planea usar chips de Intel GPU.  Debido a su retraso, el segundo aspirante se ha colocado en el primer puesto.  La Frontier.  Podría estar en línea este año en el laboratorio nacional de Oak Ridge.  Registraría 1,5 exaflops.  En 2023 le tocaría a El Capitán.  Que se ubicaría en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.  Este super ordenador tendría una capacidad de 2 exaflops.  En esta carrera hacia la super computación cuántica, cada país presenta a su modelo.  China prevé poner en marcha 3 super ordenadores a exoescala.  Es posible que lleguen antes que nadie.  Japón también tiene lista su propuesta.  Y Europa quiere introducir su modelo en esta competición.  Aún hay que resolver muchos problemas.  Los investigadores de Google y la Universidad de California en Santa Bárbara, han demostrado que podían programar grupos de qubits para que corrigiesen los errores de cálculo.  La revista Nature ha publicado este logro.  Google lleva explorando la computación cuántica desde 2009.  Cuando comenzó a colaborar con D-Wave systems.  Una start up que busca vender el primero ordenador cuántico comercial.  En resumen, los delicados efectos de la mecánica cuántica necesitan temperaturas heladas y escalas diminutas para operar.  Los qubits consiguen estados de super posición.  Que serían unos y ceros al mismo tiempo.  Esto permite tomar atajos en cálculos complejos.  Sin embargo, son vulnerables.  El calor y otras perturbaciones pueden distorsionar los estados cuánticos que codifican la información y sirven para realizar los cálculos.  Gran parte de la investigación se centra en intentar que los sistemas de qubits detecten y corrijan errores.  Este grupo de investigadores ha hecho un enfoque de códigos de superficie.  Programaron un chip con nueve qubits para que supervisaran unos a otros frente a fallos conocidos como bit flips.  Volteos de bits.  Se producen cuando el ruido ambiental hace que un 1 se voltee y pase a ser un 0 o viceversa.  El resultado es que los qubits no pudieron corregir estos volteos de bits.  Pero lograron tomar medidas para garantizar que no contaminasen los pasos posteriores de una operación.  Todavía hace falta avanzar hacia algoritmos más complejos que saquen provecho de los efectos cuánticos.  Esperemos dar el siguiente salto.