Computación cuántica y tecnologías del futuro - SISel

1. Por Carlos Toxtli
Computación cuántica y tecnologías
del futuro

2. Siempre es bueno conocer a
quien habla
Mexicano
16 años de experiencia en el área de Tecnologías de la
información
Maestro en Innovación Empresarial y Tecnológica
PhD Computer Science

4. ¿De qué vamos a hablar?
Esta es una charla de amigos en la que hablaremos de:
● Analizaremos a lo que nos referimos con “futuro”.
● Reflexionaremos un poco acerca de cómo se vive el pasado y el futuro en el
presente. (pongámonos profundos)
● Analizaremos algunos estudios que predicen las tendencias tecnológicas.
● Evaluarèmos en términos de tecnología que se necesitará.
● Definiremos una ruta a seguir para estar preparados ante lo que viene.

5. El futuro y el pasado
conviven
El mundo no ha evolucionado a la misma
velocidad, en esta época se vive la
realidad de algunas décadas atrás como
el caso de Cuba hasta hace poco, en el
cuál se vivía como años atrás en otros
países.

6. El futuro y el
pasado conviven
O como por ejemplo la ciudad de Dubai es lo que
muchos consideraríamos el futuro en el presente.

7. ¿De qué depende vivir en el
futuro?
Algunas ciudades vivirán en el futuro y algunas no. ¿De qué dependerá?.
Podemos irnos por el orden de las potencias mundiales (GDP). Eso
probablemente pueda darnos una relación entre el desarrollo económico y
la capacidad para crear infraestructura avanzada.
Veamos el top 20

8. Top 20
Producto Interno Bruto
Gross Domestic Product

9. Es probable pero ...
Por ejemplo San Francisco es la capital del
emprendimiento tecnológico, pero realmente ese
ambiente del futuro no se siente, ¿Porqué?

10. ¿Entonces de que depende?
Podemos analizar otro factor,
veamos quienes han generando
la nueva tecnología. ¿Alguien
reconoce de donde la mayoría
de estas marcas?

11. Japón
Ellos podrían tener una
respuesta a nuestra
incógnita.
Además ellos viven
realmente en el futuro a 14
horas adelante que México
y Colombia por poner una
referencia.

12. Cumple con ser potencia y
algo más
28 años continuos de superávit (no le pierden), ningún otro país
lo ha logrado
Al parecer ellos entendieron bien de lo que trata el
capitalismo.
Al ser potencia y ser productores de tecnología podrían tener
la respuesta.

13. Vamos a averiguarlo

14. Transporte - Tren bala
Shinkansen
Tecnología de 1964, alcanza hasta los 603 km/h. A la
fecha ningún otro tren del mundo ha alcanzado esa
velocidad. El metro de CDMX alcanza hasta 100 km/h.

15. Internet en todos
lados
Ya sea en la cima de un monte o viajando bajo la tierra a 320
km/h, la velocidad de conexión no suele bajar de los 10 MB
simétrica. La gente suele usar algo llamado Pocket Wifi.

16. Robots en varios
lados
Ves “robotos” en las entradas de los lugares moviendose,
algunos hablán pero por lo general en japones y otros bailan en
los restaurantes.

17. Los mejores baños del
mundo
Ningún otro lugar del mundo se esmera en competir por
tener el mejor baño. En japón cada baño tiene tecnología
y diseño distinto. Desde los que te abren la tapa al entrar y
la cierran al salir y acompañan con música esos
“momentos incomodos” (TOTOs). Como los famosos
“japanese style” (very challenging).

18. Pero en 10 años no será
como lo pintan
Nos pintan que los coches volarán y levitarán arriba de
pasto en vez de carreteras

19. Pero para allá
vamos
Tal vez no tengamos coches que vuelan pero ya hay sistemas
de transporte de una ciudad basados en teleféricos. Tal vez no
haya carreteras verdes, pero ya hay coches verdes XD

20. El futuro inmediato
no será una
“ciudad del futuro”
El futuro próximo no va a residir en una ciudad con
infraestructura inteligente generalizada y medios de transporte
“del futuro”, sino en gran parte se vivirá con tecnologías
programables que podamos acoplar a nuestra persona o a la
infraestructura existente.

21. Songdo
Songdo IBD está ubicada en
Corea del Sur.
Denominada la ciudad del
futuro, construida desde ceros
durante 10 años y terminada en
2015

22. Masdar
Abu Dhab, ciudad
autosustentable creada en
medio del desierto.i

23. Next Tokyo
Japón está construyendo la
próxima ciudad del futuro sólo
con impresoras 3D industriales,
sin intervención humana.

24. Las
tecnologías
regresan
Tal vez no era su tiempo cuando emergieron
tecnologías que considerábamos del futuro. Por
ejemplo en los setentas la inteligencia artificial fue
una gran promesa que nunca sucedió, mucho
dinero fue invertido y los resultados eran
decepcionantes. Hasta hace pocos años las
plataformas de inteligencia artificial resurgieron con
hardware más poderoso y software más eficiente.

25. Si lo vamos a ver
pronto
Ya debimos haber empezado …
El presente es el resultado de tecnologías con
muchos años de evolución que son maduras
y por eso se comercializan.
Comercializar algo inestable es predestinarlo
al fracaso, es por eso que analizarèmos no la
tecnología que emerja de aquí a 10 años, sino
la tecnología que será una realidad comercial
en ese periodo.

26. Evolución de
las
tecnologías
Existen estudios que analizan las mega tendencias
tecnológicas, las expectativas que hay hacia ellas y
el tiempo que se estima hace falta para que sea
madura.
Analizarémos los resultados de Gartner.

27. Gartner - Hype Cycle
Gartner es una consultora de investigación de tecnologías de la información que
utiliza el Hype Cycle o “ciclo de sobre-expectación” como guía para saber el
estado de las tecnologías más prometedoras a nivel mundial y aquellas que aún
no se han hecho conocidas pero tienen elevadas expectativas de crecimiento.

29. Análisis a 12 años
20112010
20092008
20072006
20052016

30. Cazando
keywords
Yo cuando estoy en la audiencia suelo anotar esas
palabras y páginas que me pueden proporcionar
más información acerca del tema de la plática. En
este caso les ahorraré el trabajo dándoles las
keywords de las tecnologías que les interesen
aprender o profundizar.
No se preocupen en anotar al final daré la liga de
donde podrán descargar la presentación.

31. 2016

33. 2017

35. 2018

37. 2019

39. 2020

41. 2021

43. 2022

45. 2023

47. 2024

49. 2025

51. Computación Cuántica
La computación cuántica es un paradigma de computación distinto al de
la computación clásica. Se basa en el uso de qubits en lugar de bits, y
da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos
algoritmos.

52. Qubit
Es la unidad mínima de la computación
cuántica. Los dos estados básicos de un qubit
son y que corresponden al 0 y 1 del bit
clásico (se pronuncian: ket cero y ket uno).
Pero además, el qubit puede encontrarse en un
estado de superposición cuántica
combinación de esos dos estados ( ).

53. Qubit en términos de espín
El bit toma valores discretos y qubit continuos.
Un qubit basado en la polarización de un fotón:
|0> y |1> son equivalentes a la polarización
vertical y horizontal. Se representa con la
esfera de Bloch.

54. Operaciones con Qubits

55. Superposición: Gato de
Schrödinger
Un gato dentro de una caja con un dispositivo que
libera gas venenoso en el 50% de los casos. Al
terminar el tiempo, hay una probabilidad del 50%
de que esté muerto o vivo. Según los principios de
la mecánica cuántica el resultado es la
superposición de los estados «vivo» y «muerto»
hasta no abrir la caja y observarlo.

56. Coherencia cuántica
Un estado cuántico debe mantener su fase durante un cierto
periodo de tiempo. El comportamiento físico de los bosones resulta
ser el contrario de los fermiones. Los fotones que son bosones, no
existe el principio de exclusión para ellos, es decir, tienden a estar en
el mismo estado. La coherencia cuántica sólo puede ocurrir a
temperaturas muy bajas cercanas al cero absoluto

57. Computadoras cuánticas no
comerciales
Algunas de las instituciones que cuentan con alguna:
● IBM, University of Michigan (EU), Yale University (EU), University of Bristol
(UK), University of New South Wales (Australia), Hefei National Laboratory
(China), University of Southem California (EU), Swiss Federal Institute of
Technology (Suiza)

58. Computadoras
cuánticas
comerciales
Por tan solo 10 millones de dólares
pueden llevarse una computadora
cuántica.
● D-Wave 1a generación.
● D-Wave 2a generación.
Actualmente tienen una:
● University of Southem California,
Lookheed Martin, NASA, Google,
Agencias gubernamentales de EU

59. D-Wave 2

60. El sitio más frío
del universo
entero
Es la D-Wave 2 con una temperatura de -272.99 ºC es
2º más frío que la nebulosa Boomerang (era el punto
más frío conocido)

61. D-Wave 2
512 qubits.
El procesador evalúa todas las posibilidades simultáneamente.
El sistema de refrigeración y la computadora consumen 15kW a comparación de
una super computadora normal que consume 3750kW.

62. ¿512 qubits es mucho?
439 son dedicados solo al procesamiento.
Cada qubit extra lo potencia 100 veces. La D-Wave 1 tenía 128 qubits y la 2
que tiene 512 es 300,000 veces más potente. 3,600 veces más rápida que una
supercomputadora.
Problemas de miles de millones años de resolver, se resuelven en horas. Es
solamente veloz para ciertos algoritmos.

63. Compuertas lógicas y cuánticas.
Lo que en lógica clásica un si es un
interruptor en en la física cuántica representa
una rotación de pi sobre los ejes x y z.

64. Lógica clásica y lógica cuántica

65. Conceptos cuánticos

66. Tiempo polinómico
Se usa en computación para calcular el
tiempo de ejecución y si este puede ser
representado en un polinomio.
Los algoritmos cuánticos ayudan a reducir los
tiempos de ejecución a polinómicos.
Dentro de los tiempos polinómicos, podemos
distinguir:

67. Algoritmo
de Shor
Este algoritmo es capaz de factorizar un número
entero de n número de bits. Esto es importante
porque los principales algoritmos de seguridad
como el RSA están basados en este principio. Ya
se ha logrado factorizar enteros de 20,000 bits,
esto supera al RSA-768, RSA-1024 y RSA-2048
que hasta ahora eran los más seguros.

68. Algoritmo
de Shor
De acuerdo con los creadores del RSA, la
factorización de un número de 200 dígitos
requiere 4 mil millones de años de tiempo de
cómputo; la factorización de un número de 500
dígitos requiere 1025
años.
Desde tiempos de los griegos hasta ahora el
problema de factorización de grandes cifras en
primos era imposible.
Ahora con tan solo 2 qubits se logra factorizarlo en
tiempo polinómico.

70. Lenguajes de
programación
cuántica
Lenguajes imperativos
● Q
● QCL
● Q-gol
● qGCL
● Quantum C
Lenguajes funcionales
● QML
● QFC & QPL
● Quipper

71. Shor en QCL

72. Google Quantum Computer
Playground
Simulador de una computadora cuántica
desarrollado por Google, utiliza QScript y
soporta hasta 22 qubits.
http://qcplayground.withgoogle.com/#/home

73. Shor

74. Ejecutando Shor

75. Problemas de optimización
La programación cuántica resuelve problemas de optimización. Un
problema de optimización puede ser representado de la siguiente forma
Dada: una función f : A to R donde A es un conjunto de números reales.
Buscar: un elemento x0 en A tal que f(x0) ≤ f(x) para todo x en A
("minimización") o tal que f(x0) ≥ f(x) para todo x en A ("maximización").

76. Ejemplo
Iluminar con colores distintos.

77. 2026

79. 2027

81. Se prolongará la vida a 100 años promedio gracias
al NMN. Habrá 1 billón más de personas.
En próximas décadas se estabilizará en 11 billones (1,
1, 4 y 5 billón en América, Europa, África y
Asia/Oceanía respectivamente).
Nanobots de tercera generación auto repararán
nuestro cuerpo.
Erradicación del cáncer.
Manual de la vida gracias a Behavioral Science (i.e.
Dunedin)
ID genético (estudio ADN) y cerebral (nervio óptico)
¿Qué más?

82. ¿Qué hay de los
robots?
Los robots humanoides no nos ganarán el asiento en el
metro de aquí a 10 años, pero si será lindo verlos en las
entradas de los lugares ayudándonos con lo que vamos
a hacer en el lugar.

84. ¿Qué hay de los
bots?
Recuerden que la revolución industrial hizo
que los humanos ya no hagan trabajo físico
y lo hagan las máquinas. La entrante
revolución de los bots está haciendo que los
humanos ya no hagan el trabajo intelectual
y lo hagan los bots.
Como vimos, de aquí a 10 años las
tecnologías conversacionales y de toma de
decisión que vimos en el estudio ya estarán
maduras. Los bot-boss cada vez serán más
usados por lo que es muy probable que si
consiguen chamba su jefe se un bot.

85. Intelligent Beings
Oriented
Programming
La siguiente etapa son lenguajes de
programación en los que ordenaremos
acciones a bots (agents). Serán en
lenguaje natural o estructurado.
Programar será solo dar órdenes a entes
inteligentes.
Agent-oriented programming
● SARL
● Jade

86. Reflexión final
¿Ya nos cargó el payaso?
Sí

87. Reflexión
No es cierto, miles de oportunidades,
aquí hablamos de alrededor de 80
tecnologías que requerirán
profesionales, investigadores y
emprendedores que las desarrollen y
creo ver a varios de aquí capaces de
desempeñarlas.
A darle, el éxito es para los que
empiezan hoy y no de los que quieren
hacer las cosas.

88. Conclusiones
https://goo.gl/KPVzgi

89. Gracias
La liga de descarga la publicaré en mi Facebook Page y en mi twitter. Gracias por
su atención.
Twitter: @ctoxtli
http://facebook.com/carlos.toxtli