Inaudito, D-Wave Systems logra publicar un artículo en Nature

La compañía canadiense D-Wave Systems anunció el 13 de febrero de 2007 el desarrollo del primer computador cuántico “comercial” llamado Orion. Basado en el concepto de computación cuántica adiabática, pocos se lo tomaron en serio.  Publicaron en Physical Review Letters, lograron la financiación del gigante Google y, para sorpresa de todos, acaban de publicar en Nature. Yo impartí una conferencia en Málaga sobre este tema y he de confesar que me alegro de los éxitos de esta compañía. ¿Qué han publicado? Johnson et al. han logrado la primera implementación del algoritmo de “recocido cuántico” (quantum annealing) con 8 cubits. Sólo 8 cubits, cuando su ordenador Rainier se supone que ya tenía 128 cubits. Su apuesta ha sido esa, escalar ordenadores con muchos cubits sin preocuparse por si son cubits o no lo son; apostar por el avance hacia adelante en lugar de por dar pasos seguros. En paralelo, con ordenadores de muchos menos cubits, están demostrando que el concepto funciona y lo están publicando en revistas de prestigio. Se pueden tener dudas sobre si el concepto es escalable o no, pero, ¿y si lo es? La computación cuántica avanza lentamente y nunca antes se había logrado demostrar la computación cuántica adiabática con 8 cubits. Por eso este logro merece haber sido publicado en la prestigiosa revista Nature. Nos lo cuenta William D. Oliver, “Quantum physics: Keep your feet on the ground,” News & Views, Nature 473: 164–165, 12 May 2011.M. W. Johnson et al., “Quantum annealing with manufactured spins,” Nature 473: 194–198, 12 May 2011. Geordi Rose (cofundador de D-Wave Systems y bloguero por onvicción) debe estar que se sale, no debe caber en ningún traje.

La diferencia entre la computación cuántica convencional y la adiabática es fácil de explicar. La convencional trata de imitar las ideas usadas en los ordenadores (clásicos) convencionales, pero en su versión cuántica. Sin embargo, la computación cuántica adiabática utiliza un concepto novedoso cuyo análogo clásico no tiene ninguna utilidad práctica. El problema de este tipo de computación es que, aunque en teoría es universal y permite resolver cualquier problema, en la práctica está limitada a ciertos problemas concretos, por ejemplo, problemas de búsqueda en grafos, pero ya se sabe que empresas como Google viven de resolver problemas de búsqueda de forma eficiente.

En el nuevo artículo de Johnson et al. se ha implementado un sistema de espines de tipo Ising unidimensional con ocho espines. Cada espín actúa como un cubit (bit cuántico) superconductor implementado gracias a una unión (diodo) de tipo Josephson. Los dos estados del cubit (1 y 0) corresponden a las dos direcciones de propagación del flujo magnético cuantizado en el dispositivo. Se trata de un cubit porque la mecánica cuántica permite que que el dispositivo se encuentre en un estado de superposición en el que el cubit se encuentra de forma simultánea en ambos estados (direcciones de movimiento). El cubit se modela como un pozo de potencial doble (como una letra “W”) y cada estado corresponde a uno de los pozos, que están separado entre sí por una barrera. La mecánica cuántica permite la superposición de ambos estados, como si el cubit estuviera simultáneamente en ambos pozos de potencial. Una ristra de 8 cubits se comporta como un sistema que puede estar en 256 estados superpuestos, 256 estados posibles simultáneos.

La gran crítica a la empresa D-Wave ha sido la dificultad de diferenciar entre un “recocido clásico” y un “recocido cuántico.” Johnson et al . han logrado demostrar que su sistema (enfriado a 45 milikelvin) alcanza un estado estacionario cuyo comportamiento evidencia la existencia de un efecto túnel cuántico entre los posible estados de su sistema que es imposible que se dé si su sistema no logra entrelazar los 8 cubits. Los resultados experimentales obtenidos corresponden a los esperados según las simulaciones (en ordenadores clásicos) de este sistema (estas simulaciones requieren millones de horas de procesamiento en un ordenador tipo PC). Los resultados del experimento demuestran de forma clara que el registro de 8 cubits (que podríamos llamar cubyte) se comporta como debería comportarse.

Por supuesto, publicar en Nature la demostración de que un concepto arriesgado como la computación cuántica adiabática funciona con 8 cubits no implica que la implementación del mismo concepto con 128 cubits o más también funcione. Aún así, se trata de un gran logro técnico cuya importancia real será decidida en los próximos años conforme el número de cubits crezca.

La gran apuesta de D-Wave es extrapolar un concepto teórico que podría funcionar con la fe de que acabará funcionando. Demostrar que realmente funciona es mucho más difícil que construir el computador adiabático de forma experimental. Primero lo hago y luego me preocupo de demostrar que lo he hecho. Una opción práctica en un contexto industrial (una compañía privada) pero con poco futuro en un contexto académico (nadie financiará una utopía). Confieso que tengo serias dudas sobre si D-Wave acabará logrando lo que pretenden, pero me encanta que le hayan echado huevos…

¿Se pueden predecir los terremotos partir del análisis de datos históricos?

El 11 de mayo, un terremoto de magnitud 4,5 —seguido por otro una réplica de 5,1— sacudía Lorca, en Murcia, causando destrozos, al menos nueve muertes y más de cien heridos. Mis condolencias para los familiares de las víctimas y los damnificados. “El caso es que el 11 de mayo de 2011 era el día en que según las notas dejadas por Raffaele Bendandi (1893-1979) tendría lugar un terremoto que destruiría Roma. Este astrólogo es famoso por sus múltiples predicciones de terremotos en Italia.” Más información en Miguel Santander, “De terremotos y profecías,” Tras el horizonte de sucesos, 12 mayo, 2011; también en Milhaud, “¿Se pueden predecir los terremotos?,” Recuerdos de Pandora, May 11, 2011; y en Arturo Quirantes, “Alerta Magufo: La influencia de los planetas en el terremoto de Lorca,” Amazings.es, 13/05/2011.

¿Se pueden predecir los terremotos partir del análisis de datos históricos? En 2002, la Oficina Central de Investigación de Terremotos del Gobierno de Japón predijo con una probabilidad entre el 80-90 % que habría un terremoto de magnitud entre 7,7 y 8,2 en los próximos 30 años en la región de Tohoku. No predijeron la probabilidad de un terremoto de magnitud 9, como el que ha sufrido dicha región en marzo de 2011, porque la consideraron despreciable. ¿Por qué fracasó su predicción? Nos lo cuenta Takeshi Sagiya (Universidad de Nagoya, Japón), “Rebuilding seismology,” Nature 473: 146–148, 12 May 2011.

La predicción de terremotos a largo plazo en Japón se basa en el análisis estadístico del registro histórico de terremotos de los últimos 400 años. Sin embargo, el terremoto de Tohoku demuestra que 400 años es un plazo de tiempo demasiado corto para evaluar la actividad sísmica. Un gran tsunami comparable al ocurrido en marzo inundó la costa de la zona de Sendai en el año 869 DC. ¿Hay que utilizar toda la información histórica disponible, sin ningún límite, a la hora de predecir futuros terremotos? Muchos sismólogos japoneses están empezando a pensar que sí es necesario hacerlo.

En Japón confluyen varias placas tectónicas, la amuria (parte de la euroasiática), la filipina y la de Ojotsk (parte de la norteamericana). El análisis mediante GPS (Sistema de Posicionamiento Global) del movimiento de estas placas tectónicas durante la última década mostró una discrepancia entre las tasas geológicas y geodésicas de deformación de la corteza terrestre (una tiene un valor un 30% menor que la otra). Esta gran discrepancia se detectó en el año 2000 y se confirmó en 2004. Sin embargo, los científicos japoneses no fueron capaces de encontrar una explicación razonable a este hecho, por lo que dicha discrepancia no fue tenida en cuenta en el análisis de futuros terremotos. ahora sabemos que el gran terremoto de Tohoku ha estado relacionado con esta discrepancia.

La sismólogos japoneses saben ahora que tienen que integrar datos sísmicos, geodésicos, geomorfológicos y geológicos con objeto de mejorar las técnicas actuales de predicción de terremotos. Cualquier inconsistencia entre datos de múltiples fuentes debe ser tenida muy en cuenta. La extensa red de GPS en Japón no había detectado ninguna anomalía justo antes del terremoto porque éste se produjo a 200 kilómetros de la costa, donde no se dispone de datos de GPS. Japón deberá priorizar la investigación en el desarrollo de la tecnología GPS para su aplicación al fondo oceánico. Según los sismólogos esta tecnología es apremiante.

La Agencia Meteorológica de Japón cuenta con uno de los sistemas más avanzados en el mundo para proporcionar advertencias en tiempo real de los tsunamis y temblores. El sistema de alerta temprana del terremoto ha estado en vigor desde 2007 y ha proporcionado más de 10 advertencias de terremotos fuertes (por teléfono móvil (celular), televisión, radio y mediante un sistema de altavoces en las comunidades locales). El sistema detectó el terremoto en la costa de Tohoku y unos 8 segundos emitió una advertencia pública en la región cercana al epicentro. Veintisiete trenes bala fueron detenidos sin problemas. Tres minutos más tarde se emitió la advertencia de tsunamis muy grandes hacia Iwate, Miyagi y Fukushima. Las olas llegaron entre 15-20 minutos más tarde a la costa. Sin embargo, el rendimiento global de este sistema no fue satisfactorio. El sistema subestimó la magnitud del terremoto y la altura del tsunami, por lo que no se advirtió a la población de la región de Tokio, donde muchas zonas experimentaron terremotos fuertes y dañinos. El sistema de alerta temprana de temblores fuertes emitió más de 70 avisos para los terremotos secundarios. El sistema funcionó bien para estos eventos más pequeños, pero hubo algunos errores de estimación de la magnitud por la concurrencia simultánea de varios terremotos.

El terremoto de Tohoku ha demostrado a los sismólogos que los terremotos grandes pueden ocurrir en las regiones sísmicamente muy activas con mayor frecuencia de lo que se pensaba. Algunos sismólogos creen que el análisis de las estadísticas históricas no siempre son suficientes. Parece necesario medir los esfuerzos y las tensiones acumuladas cerca de las fallas. Para ello será necesario realizar pozos de sondeo y mediciones de temperatura en las fallas submarinas. La investigación en nuevas técnicas que faciliten la obtención de estos datos parece una necesidad imperiosa si queremos mejorar las predicciones de futuros terremotos y tsunamis.