Un trillón de cálculos por segundo. Ese es uno con 18 ceros después. Es la velocidad a la que una supercomputadora a exaescala procesará la información. El Departamento de Energía (DOE) se está preparando para la implementación de la primera computadora a exaescala en 2021. Dos más vendrán poco después. Sin embargo, las computadoras cuánticas pueden completar cálculos más complejos incluso más rápido que estas computadoras prometedoras a exaescala. Pero estas tecnologías se complementan mucho más de lo que compiten.

Pasará un tiempo antes de que las computadoras cuánticas estén listas para abordar las principales preguntas de la investigación científica. Si bien los investigadores cuánticos y los científicos de otras áreas están colaborando para diseñar computadoras cuánticas para que sean lo más efectivas posible una vez que estén listas, eso es todavía un largo camino por recorrer. Los científicos están descubriendo cómo construir qubits para computadoras cuánticas, la base misma de la tecnología. Están estableciendo los algoritmos cuánticos más fundamentales que necesitan para hacer cálculos simples. El hardware y los algoritmos deben estar lo suficientemente avanzados para que los codificadores desarrollen sistemas operativos y software para realizar investigaciones científicas. En la actualidad, estamos en el mismo punto en la computación cuántica en el que estaban los científicos en la década de 1950 con computadoras que funcionaban con tubos de vacío. La mayoría de nosotros llevamos regularmente computadoras en nuestros bolsillos ahora, pero se necesitaron décadas para llegar a este nivel de accesibilidad.

A diferencia de, Las computadoras a exaescala estarán listas el próximo año. Cuando se lanzan, ya serán cinco veces más rápidos que nuestra computadora más rápida:Summit, en la Instalación de Computación de Liderazgo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Inmediatamente, podrán abordar los principales desafíos en el modelado de sistemas terrestres, analizar genes, rastrear las barreras a la fusión, y más. Estas poderosas máquinas permitirán a los científicos incluir más variables en sus ecuaciones y mejorar la precisión de los modelos. Mientras podamos encontrar nuevas formas de mejorar las computadoras convencionales, lo haremos.

Una vez que las computadoras cuánticas estén listas para el horario de máxima audiencia, los investigadores seguirán necesitando computadoras convencionales. Cada uno satisfará diferentes necesidades.

El DOE está diseñando sus computadoras a exaescala para que sean excepcionalmente buenas en la ejecución de simulaciones científicas, así como en programas de aprendizaje automático e inteligencia artificial. Estos nos ayudarán a realizar los próximos grandes avances en investigación. En nuestras instalaciones de usuarios, que producen cantidades cada vez mayores de datos, estas computadoras podrán analizar esos datos en tiempo real.

Computadoras cuánticas, por otra parte, será perfecto para modelar las interacciones de electrones y núcleos que son los constituyentes de los átomos. Como estas interacciones son la base de la química y la ciencia de los materiales, estas computadoras podrían ser increíblemente útiles. Las aplicaciones incluyen el modelado de reacciones químicas fundamentales, comprender la superconductividad, y diseñar materiales desde el nivel del átomo hacia arriba. Las computadoras cuánticas podrían reducir potencialmente el tiempo que lleva ejecutar estas simulaciones de miles de millones de años a unos pocos minutos. Otra posibilidad intrigante es conectar computadoras cuánticas con una red cuántica de Internet. Esta internet cuántica, junto con la Internet clásica, podría tener un impacto profundo en la ciencia, seguridad nacional, e industria.

Así como el mismo científico puede usar tanto un acelerador de partículas como un microscopio electrónico dependiendo de lo que necesiten hacer, La computación convencional y la cuántica tendrán diferentes roles que desempeñar. Los científicos apoyados por el DOE esperan perfeccionar las herramientas que ambos proporcionarán para la investigación en el futuro.