Bailando con Qubits y con Robert Sutor

Ene272023

‘Dancing with Qubits‘ pretende dar una visión introductoria al mundo de la computación cuántica, válida para toda persona con suficiente interés en las matemáticas y en esta forma de computación, un libro que sirva como puerta de entrada para textos más avanzados. Esa el, al menos, la intención que el autor declara en el prefacio.

Se inicia el libro con un primer capítulo, ‘1. Why Quantum Computing?:‘ en que primero se explica lo que es un qubit, luego argumenta por qué la computación cuántica es diferente de la clásica y finaliza esbozando aplicaciones en los campos de la inteligencia artificial, servicios financieros y criptografía.

Tras esto, el resto de los doce capítulos que componen el libro, se agrupan en dos secciones como sigue:

‘I. FOUNDATIONS:‘ Una sección entera que no es propiamente de computación cuántica sino que recuerda una serie de ideas, fundamentalmente de carácter matemático, imprescindibles para la computación cuántica, propiamente dicha, que es objeto de la segunda sección. Esta sección la conforman cinco capítulos:
- ‘2. They’re Not Old. They’re Classics:‘ En este capítulo se repasan los conceptos de la computación digital tradicional, desde fundamentos de arquitectura de computadores, concepto de bit, operaciones lógicas y compuertas y circuitos lógicos. También habla de algoritmos y complejidad algorítmica concentrándose en algoritmos de ordenación y búsqueda.
- ‘3. More Numbers than You Can Imagine:‘ Todavía de una forma un poco introductoria y de aportación de contexto, repasa distintos tipos de números usados en matemáticas: naturales, enteros, racionales y complejos así como estructuras algebráicas como grupos, anillos o campos.
- ‘4. Planes, and Circles, and Spheres. Oh My:‘ Si el capítulo anterior se centraba en álgebra, éste recuerda elementos de geometría. Así, se habla primero de funciones, luego del plano real, o de conceptos de distancia y longitud. Finalmente se revisan elementos de trigonometría, coordenadas polares y el plano complejo.
- ‘5. Dimensions:‘ Añade elementos ya algo más avanzados de álgebra lineal. Comienza hablando de espacios vectoriales, de transformaciones lineales, de matrices y de álgebra matricial. Se explican también el producto cartesiano, los cambios de base, los autovalores y los homomorfismos, entre otras cosas.
- ‘6. What Do You Mean, «Probably»?:‘ Finaliza esta parte de introducción y contexto con elementos de probabilidad. Se dan algunos conceptos básicos de probabilidad, de aleatoriedad, esperanza matemática y así como algún resultado más específico como la desigualdad de Markov o la ley de los grandes números.
‘II. QUANTUM COMPUTING:‘ Sección en que se trata la computación cuántica propiamente dicha y que se compone de seis capítulos:
- ‘7. One Qubit:‘ Un primer capítulo específico de computación cuántica donde primero vuelve a explicar lo que es un qubit, introduce algo de notación y luego ya entra en elementos matemáticos, bastante complejos, asociados a un simple qubit. Presenta la muy clarificadora esfera de Bloch y durante el resto del capítulo explica una larga serie de compuertas cuánticas que se aplican a un único qubit y que luego se usarán en circuitos cuánticos.
- ‘8. Two Qubits, Three:‘ Si en el capítulo anterior nos centrábamos en un único qubit, aquí iremos a por casos que combinan dos o tres. Primero se presentan una serie de conceptos como el producto tensorial o el entrelazamiento cuántico para luego presentar siete compuertas.
- ‘9. Wiring Up the Circuits:‘ Si hasta ahora se han visto las compuertas de manera aislada, en este capítulo se combinan formando circuitos. Por el camino se explica algún concepto como el teleportado y durante buena parte de la extensión del capítulo se explican algoritmos basados en circuitos cuánticos: algoritmos de amplificación, de búsqueda, el algoritmo Deutsch-Jozsa o el de Simon.
- ‘10. From Circuits to Algorithms:‘ Se enfoca aún más en los algoritmos y habla por ejemplo de la transformada de Fourier cuántica, de la factorización, de la estimación de fase o el algoritmo de Shor. Un capítulo realmente complejo.
- ‘11. Getting Physical:‘ Tras unos capítulos de naturaleza muy lógica y matemática, en este se mira hacia el hardware aunque no por ello deja de ser bastante complejo y abstracto, porque no se trata de un hardware al uso sino, más bien, problemáticas físicas a resolver o tener en cuenta. Habla de la luz, los fotones y la polarización; habla de la decoherencia (‘decoherence’), de corrección de errores etc. Y al final presenta una pila de software y conceptos de simulación.
- ‘12. Questions About The Future:‘ Para cerrar, y en un capítulo bastante corto, se apuntan algunas posibilidades de futuro en materias como las aplicaciones, el hardware. la educación, etc.

‘Dancing with Qubits‘ es, creo, un buen libro, pero que me parece falla en lo que era su objetivo fundamental, según yo he entendido: explicar la computación cuántica de forma sencilla y asequible. Aunque al principio parece que va a ser así, aunque creo que el autor se empeña en ello, a pesar del tono ligero que sobre todo al principio adopta, lo cierto es que en cuanto se avanza en el libro, sobre todo en la segunda parte dedicada a la computación cuántica propiamente dicha, el tema se vuelve muy abstracto y complejo. Tal vez sea inevitable. Tal vez la computación cuántica sea en sí misma demasiado compleja para simplificarla o tal vez el autor al final no ha acertado a conseguir esa simplificación. Lo cierto es que, aunque tengo buena opinión de la obra, no me parece realmente divulgativa sino para, o bien tener una base muy sólida de partida, o bien leerlo y estudiarlo muy lentamente, afianzando cuidadosamente lo aprendido antes de dar el siguiente paso.

Robert S. Sutor

(Fuente: Traducción y ligera elaboración propia de su perfil en su página oficial)

Robert Sutor ha sido directivo y líder técnico en el sector IT durante más de 40 años.

Su papel en la industria ha sido el de impulsar las tecnologías cuánticas mediante la construcción de fuertes ecosistemas educativos, técnicos, de socios y de negocios. Su particular objetivo es evolucionar lo cuántico para ayudar a resolver problemas computacionales críticos que aborda la sociedad hoy en día. Robert es ampliamente citado en la prensa, imparte conferencias y trabaja con analistas e inversores para acelerar el entendimiento y la adopción de las tecnologías cuánticas.

Sutor es actualmente vicepresidente y Chief Quantum Advocate en Infleqtion / ColdQuanta, una compañía de hardware y software que trabaja en computación y sensorización cuántica.

Más de dos décadas de la experiencia profesional de Robert transcurrieron en IBM Research en New York. Durante esa época trabajó o dirigió los esfuerzos en computación simbólica matemáica, optimización, inteligencia artificial, blockchain y computación cuántica. También fue directivo en la parte software de IBM en áreas que incluyeron middleware, software sobre Linux, movilidad, open source y estándares industriales emergentes.

Robert es matemático teórico de formación, tiene un doctorado por la Princeton Universit y un grado de Harvard College.

Es autor de un libro sobre computación cuántica titulado ‘Dancing with Qubits’ publicado a finales de 2019. Es también autor del libro publicado en 2021 ‘Dancing with Python’, una introducción a la odificación en Python tanto clásica como cuántica.

Puedes saber más del autor visitando su página oficial o su per fil en LinkedIn.