¿Podría la computación basada en láser ofrecer lo mejor de la computación clásica y cuántica?
Para muchos de nosotros, las computadoras siempre han sido una serie de ceros y unos. Había un tipo de cálculo: eran bits y bytes y aprendimos a aceptarlo. Era puro… simple, lógico.
Cuando la computación cuántica entró en juego, entramos en pánico. ¿Qué diablos era un qubit? ¿Podríamos pensar, en lugar de ceros y unos, en términos de valores que sean simultáneamente ambos, y no, y ceros y unos, todos al mismo tiempo?
Seguramente no.
Ruti Ben Shlomi pasó sus años académicos haciendo precisamente eso. Crear computadoras cuánticas desde cero y, en última instancia, decidir que valía la pena buscar una solución diferente.
Después de conocer a la futura CTO Chene Tradonsky en el Instituto Weizmann de Ciencias, los dos se dieron cuenta de que la informática basada en láser tenía un lugar en la conversación y decidieron crear una startup.
Fundada en 2020, LightSolver ha recibido inversiones de TAL Ventures, Entree Capital, IBI Tech Fund y Angular Ventures. La computadora basada en láser en sí es pequeña (aproximadamente del mismo tamaño que una computadora de escritorio tradicional y se parece a un servidor estándar) y funciona con bajos requisitos de energía y a temperatura ambiente.
Por el momento, una unidad de procesamiento virtual basada en láser (LPU) está disponible en una etapa “alfa”, mientras que se espera que las unidades físicas LPU estén disponibles para pedidos a finales de este año.
“Estamos desarrollando una computadora full-stack. Tenemos tres capas, por lo que sabemos cómo abordar el problema desde el lado del cliente, traducirlo con nuestros desarrolladores de algoritmos y llevarlo al láser”, explicó Ben Shlomi.
La forma en que ella lo describe, aunque lo siento algo simplificado para este escritor, es como un modelo matemático (un problema de optimización binaria cuadrática sin restricciones, también conocido como QUBO) con “recetas” que le dicen cómo hablar con el láser.
“Una vez que tenemos esta matriz con todos los espines y las conexiones, sabemos cómo soplarlos en un dispositivo electroóptico que tenemos dentro del sistema, para después encender los láseres. Los láseres, comenzando por uno que se encuentra dentro de una cavidad muy pequeña, interfieren entre sí, calculando y procesando el problema y convergiendo muy rápidamente en una solución, de modo que luego solo necesitamos detectarlo con una cámara muy simple y podemos traducirlo nuevamente al lenguaje del cliente”.
La solución es particularmente única debido a la falta de componentes electrónicos integrados en su interior. Esto también significa que el sistema puede ser compacto, con bajos requisitos de energía y la capacidad de funcionar a temperatura ambiente; notablemente diferente de las computadoras cuánticas que deben mantenerse cerca de -273,15°C, también conocido como cero absoluto.
Según Ben Shlomi, la falta de componentes electrónicos también significa que la computadora es más rápida, ya que no está limitada por la velocidad a la que esos componentes electrónicos pueden funcionar.
La solución se describe como de base cuántica, y ciertamente algunos “elementos” del proceso recuerdan a los de una computadora cuántica, pero hasta aquí llegan las similitudes.
De hecho, la computadora es completamente clásica, explicó Ben Shlomi cuando le preguntamos en qué se diferencia de una computadora cuántica fotónica.
“No utilizamos células de fotón único, utilizamos láseres y diodos completamente simples; utilizamos láseres que son ecuaciones de ondas clásicas, y todos interfieren. El sistema tiene superposiciones, que permiten que las cosas existan en múltiples “estados” a la vez, pero esto no es exclusivo de las computadoras cuánticas. En este caso, se trata de un efecto directo de la imposición mutua de los dos láseres”.
También hay algunos efectos de interferencia, pero la LPU los transfiere a un lenguaje de bits. Cuando se trata de informática, siempre estás buscando una solución. A menudo, la primera solución a la que se llega no es “óptima” y diferentes tipos de computadoras tienen diferentes formas de refinarla y mejorarla.
“Con la informática clásica, puedes agregar ruido y superar después esa barrera y continuar la búsqueda y, con suerte, encontrar una solución mejor que la que encontraste antes”, dijo Ben Shlomi.
“En términos cuánticos, tal vez puedas eliminarlo. Con eso cuentan los ordenadores cuánticos. Pero nosotros [la computación basada en láser] no estamos creando túneles porque no tenemos entrelazamiento, no tenemos efectos cuánticos, pero sí tenemos superposición.
“¿Qué significa eso? Significa que, en cierto sentido, todos los láseres interfieren entre sí y escanean todas las posibilidades a la vez en un solo disparo. Porque pueden interferir donde la electrónica no puede. No se pueden tomar 1.000 cables con todas las conexiones y procesar un problema como ese, pero con los láseres se puede hacer en un único dominio espacial”.
Debido a esto, la LPU es buena para problemas NP-hard (polinominol complejo no determinista), en otras palabras, problemas extremadamente complejos que son difíciles de resolver y de verificar si la solución encontrada es correcta.
Un ejemplo de un problema NP-difícil (y de optimización combinatoria) que la LPU puede resolver es el problema del viajante (TSP). El TSP, un cálculo matemático al que se hace referencia desde hace mucho tiempo, se resuelve encontrando la ruta más rápida para un vendedor ambulante que tiene que visitar x cantidad de ciudades de diferentes distancias entre sí y solo visita cada ciudad una vez.
Si la cantidad x fuera tres ciudades: esto sería relativamente simple. Todos podríamos descubrir la forma más lógica de viajar de San Francisco a Los Ángeles y luego a Texas, y viceversa. Pero cuando el número de ciudades comienza a aumentar, las posibilidades se vuelven demasiadas para calcularlas en un período de tiempo razonable – o como dice Ben Shlomi – “intenta hacerlo en una GPU y te llevará hasta el borde del universo”.
“La LPU es ideal para afrontar una situación como esta, debido al efecto de superposición de los láseres. Puede calcular múltiples variaciones simultáneamente. “Es [el TSP] es exactamente un problema que puedes cargar en la LPU. Lo que tiene de especial es que escaneará todas las posibilidades, incluso si estás hablando de 50 ciudades, solo significa que necesitamos 2500 giros porque son 50 cuadrados, y 2500 es un número que podemos alcanzar y converger en una solución muy rápida.”
Las LPU también se pueden utilizar para problemas informáticos más tradicionales o simplistas. Pero, como explica Ben Shlomi, si esto es todo lo que necesitas hacer, es mucho más lógico utilizar simplemente un ordenador normal. Existe el uso de tecnología que está demasiado calificada para el problema.
En última instancia, el futuro de la informática todavía está en el aire. Cada día se logran avances en las computadoras cuánticas, y las computadoras clásicas continúan volviéndose cada vez más poderosas, incluso cuando el punto de ruptura para el progreso parece acercarse cada vez más.
A pesar de ser una solución computacional clásica, la competencia de LightSolver proviene principalmente de las computadoras cuánticas, que algunos de los nombres más importantes de la informática están explorando, incluida IBM. Pero más concretamente, los ordenadores cuánticos fotónicos.
La solución LightSolver no es una computadora cuántica fotónica (Ben Shlomi lo dejó muy claro), pero está inspirada en lo cuántico, y existen similitudes obvias entre la unidad de procesamiento basada en láser y la de las soluciones cuánticas fotónicas como las ofrecidas por OrcaComputing, PsiQuantum y Xanadu Quantum Technologies.
Muchas de esas soluciones requieren que la computadora cuántica se mantenga en un entorno de cero absoluto para funcionar, pero otras han comenzado a superar este problema. IonQ, una empresa de ordenadores cuánticos de iones atrapados, utiliza refrigeración por láser Doppler que apunta a átomos individuales, lo que significa que el ordenador puede funcionar a temperatura ambiente.
De manera similar, Quantum Brilliance estableció con éxito un acelerador cuántico que se puede implementar en entornos a temperatura ambiente, en este caso mediante el uso de centros de nitrógeno vacante en diamantes sintéticos, creando efectivamente un defecto en la estructura del diamante y permitiendo el uso de su capacidad de fotoluminiscencia para leer los estados de giro de los qubits.
En cuanto a si la computación basada en láser o la computación cuántica tendrán éxito y longevidad continuos, dependerá de la capacidad de ambas para escalar de manera rápida y asequible.
