Ordenadores probabilísticos. Entre la clásica y la cuántica.

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Estos últimos años se han sucedido una serie de presentaciones y logros que han hecho que el desarrollo de la computación cuántica se haya disparado. Por ejemplo, hace poco Google presentó un artículo con el que aseguraba haber alcanzado la supremacía cuántica. IBM está refutándolo mientras presenta su nueva computadora cuántica comercial.

Por lo que se ve, la incursión de las compañías privadas ha acelerado el desarrollo acortando los plazos, pero por mucho que corran, siempre se encontraran con el mismo obstáculo. La latencia de los qubits.

Para mantener una de las diferentes partículas que se usan para generar qubits en su estado cuántico de superposición hay que lograr ciertas condiciones. Debemos llevar la partícula a un estado cuántico y mantenerla ahí todo el tiempo que tarden los cálculos. Esto, además de generación de campos eléctricos y magnéticos, requiere trabajar a muy bajas temperaturas.

Por esta razón muchos equipos de científicos trabajan en encontrar la partícula que sea capaz de comportarse cuánticamente a temperatura ambiente o una cercana. Se han conseguido avances en este campo pero no terminan de funcionar bien a “gran” escala. Y siguen siendo bastante inestables.

Debido a este problema físico que parece bastante complicado de salvar, se ha estado trabajando estos años en un sistema intermedio. Un sistema que basándose en la probabilidad sea capaz de, trabajando en condiciones clásicas, operar como un sistema cuántico.  

Y nacen los ordenadores probabilísticos.

Estos sistemas probabilísticos trabajan sobre memorias RAM magnetorresistivas no volátiles (MRAM) compuestas por lo que denominan como p-bits. Las MRAM están modificadas para que los bits internos sean ligeramente inestables y se conviertan en bits probabilísticos. Esta ventaja también genera más ruido por lo que los sistemas probabilísticos son menos fiables. Pero en cambio son más manejables y ocupan un espacio equivalente a los chips cuánticos.

Hace poco, uno de los equipos enfocados al desarrollo de esta computación probabilística ha construido el primer hardware capaz de trabajar de forma estable con p-bits. Los investigadores de las universidades de Purdue y de Tohoku han ejecutado un algoritmo capaz de factorizar números como el 945 (63 × 15). Para una computadora de solo 8 p-bits es un paso muy grande pues ya entraría dentro de lo irrealizable para una computadora clásica comparable.

Para conseguir el comportamiento cuántico de los bits probabilísticos han usado una tecnología de uniones túnel magnéticas en nanoescala. Con lo que se consigue un comportamiento de origen cuántico. Y por esa razón el comportamiento estocástico de los p-bit es similar al de un qubit superconductor.

Físicamente, para la modificación de la MRAM se ha añadido un material ferromagnético, CoFeB/MgO/CoFeB, en la implantación de las celdas. Con esta modificación se consiguen las características electromagnéticas necesarias, pero la vida media de los p-bits es del orden de los milisegundos. Este margen, aunque a nivel de cómputo es mucho, es una bajada sensible de la vida media de los bits de las memorias MRAM sin modificar.

En el artículo publicado en Nature, explican los logros conseguidos con hasta 8 p-bit probabilísticos obtenidos de esta forma. Es cierto que parece más fácil de implementar y mantener que un sistema de 8 qubits. Sobre todo más manejable ya que el tamaño sería aproximadamente el de un transistor clásico. Pero deja varias dudas. Por un lado no parece que sea un sistema fácilmente escalable a nivel de hardware. Y por otro, como todo sistema probabilísticos no deterministas, es posible que se encuentre con cotas y cuellos de botella irresolubles. Como por ejemplo los sistemas tipo Montecarlo.

Mientras las grandes compañías tecnológicas se pegan por la supremacía cuántica es posible que este sistema de ordenadores probabilísticos les gane la partida a corto plazo. Pero para saber si serán rentables o no, primero hay que ver cómo se comportan cuando se construya una computadora con un número significativo de p-bits y se logre una supremacía probabilística tangible sobre la computación clásica.

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