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La inesperada pero estrecha relación de la computación cuántica con los juegos

La inesperada pero estrecha relación de la computación cuántica con los juegos
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Los juegos, lejos de ser una aplicación meramente lúdica de la tecnología, son una herramienta de incalculable valor para progresar en la evolución y perfeccionamiento de la misma. Son necesarios en nuestra educación como individuos y también encuentra su lugar en el desarrollo de nuevas tecnologías.

En el campo de la computación, los juegos han desempeñado y siguen desempeñando un papel de gran relevancia. También en la reciente computación cuántica, que abre la puerta a un paradigma computacional muy diferente al que encontramos en la computación “tradicional” basada en lógica binaria.

Recordemos brevemente que la computación cuántica está basada en las matemáticas de la estadística. En vez de estados lógicos binarios (0 y 1), se manejan probabilidades asociadas a los estados cuánticos de los qubits (de quantum bit, aunque también se conocen como qbits o cúbits) de los que se compone un ordenador cuántico.

Los juegos, la puerta del aprendizaje

No es un fenómeno nuevo: 'CryptoKitties' es un juego que emplea blockchain para crear, alimentar, comprar o vender gatos virtuales únicos, que no se pueden reemplazar ni borrar ni robar. El programa 'Alpha Go' usa machine learning para jugar al 'Go'. IBM recurrió al ajedrez y al juego 'Jeopardy' para optimizar y evolucionar sus tecnologías de IA y la plataforma de inferencia Watson.

En el cine, películas como “Juegos de Guerra” también abundan en el uso de los juegos como una forma de perfeccionar la programación de los ordenadores. Hay mucho margen de maniobra para encontrar soluciones o desarrollar algoritmos novedosos. En el caso de la computación cuántica, el desarrollo de algoritmos es una de las áreas con mayor potencial de crecimiento e innovación.

Los juegos, además, crean necesidades tecnológicas por encima de las aplicaciones convencionales. Van más allá de lo cotidiano y propician un avance acelerado de la tecnología. Sin ir más lejos, las tarjetas gráficas para gaming han acabado usándose para acelerar la potencia de cálculo en los superordenadores en aplicaciones de simulación o análisis de big data.

La computación cuántica y los juegos

No es de extrañar que la computación cuántica también encuentre su lugar en el mundo de los juegos. La diferencia con la computación tradicional (una de ellas) es que estamos ante un área básicamente en construcción, donde hay mucho hecho, pero aún queda más por hacer.

James Wootton, qbit wrangler en IBM

Pioneros como James Wootton (en la imagen superior) se han atrevido a llevar la teoría de juegos al terreno de la computación cuántica. En 2017 implementó el juego 'Piedra, papel y tijera' en uno de los primeros ordenadores cuánticos del momento desarrollado por IBM.

Posteriormente, llevaría una adaptación del juego de los barcos también a un ordenador cuántico de la multinacional americana. La clave para hacerlo residió en la facilidad de uso y potencia del SDK Qiskit de IBM Research, un framework de código abierto orientado a la computación cuántica basado en Python.

Con todo, los ordenadores cuánticos llevan poco tiempo entre nosotros como máquinas físicas. Concretamente, IBM puso a disposición de la comunidad de desarrolladores sus primeras máquinas en 2016. La potencia de cálculo de estos ordenadores está relacionada con el número de qubits que integra. A más qubits, más estados pueden manejarse simultáneamente en la ejecución de los programas codificados a partir de algoritmos que se beneficien de la potencia de las matemáticas de la probabilidad.

De momento, los ordenadores cuánticos tienen como máximo unas decenas de qubits. Pero, lejos de estar confinados en laboratorios fuera del alcance de los usuarios de a pie, ya existen ordenadores cuánticos a disposición de todos aquellos que estén interesados en aprender a programarlos. Es el caso de IBM con su portal Quantum Experience, desde el cual se pueden realizar experimentos sobre ordenadores cuánticos reales. Y una buena forma de hacerlo es a través del juego.

Tirar los dados: mejor con qubits

Otra aplicación lúdica de la computación cuántica la encontramos en la simulación del comportamiento de un dado. A primera vista puede parecer enrevesado, pero, por fortuna, hay metáforas capaces de hacernos entender mejor la aplicación de los algoritmos cuánticos para realizar tareas "del mundo real".

En este vídeo se usa la metáfora del juego del billar para explicar cómo funcionan los qbits (las bolas de billar) y la puerta de Hadamard que permite recrear la aleatoriedad necesaria para reproducir el comportamiento de los dados.

Además, se describe el código necesario para recrear este programa en Qiskit sobre un ordenador cuántico real. Básicamente, se generan tres estados aleatorios que podrán ser "0" o "1" a partir de la aplicación de una puerta de Hadarmard sobre tres qbits. Posteriormente, se genera un número binario de tres bits para recrear un número entre 1 y 8 cuando se convierta a decimal.

Pueden parecer aplicaciones simples. Y lo son. Pero, en el estado actual de desarrollo de los ordenadores cuánticos, estos simples juegos permiten avanzar en aspectos como la reducción de ruido en los qubits, uno de los mayores quebraderos de cabeza para los ingenieros que dan vida a estos dispositivos. O, como decíamos antes, desarrollar nuevos algoritmos específicos para la computación cuántica.

Proyectos como el del dado cuántico posibilitan acceder al código y contribuir de forma pública a su avance aportando conocimiento e ideas. Qiskit es fácil de instalar y es fácil también seguir los tutoriales de iniciación. Después, es el ingenio de personajes como James Wootton el que hace posibles nuevos algoritmos para sacar el mayor provecho posible de los estados cuánticos de los qubits.

dados cuánticos

Aprender computación cuántica con Minetest y Qiskit Blocks

Otra aportación de los juegos al área de la computación cuántica es la del aprendizaje de la programación en este campo. IBM ofrece con Qiskit la posibilidad de que cualquiera pueda usar tanto Python como el entorno de desarrollo visual. De este modo, se podrán programar operaciones y algoritmos que actúen sobre el estado de los qubits a partir de operaciones realizadas sobre ellos usando operadores y puertas cuánticos frente a los operadores y puertas lógicos de los ordenadores tradicionales.

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Por ejemplo, en el mod 'Qiskit Blocks' se utiliza el motor de juego de código abierto 'Minetest' para recrear un mundo similar al de 'Minecraft'. Tenemos que ir recorriendo dicho mundo virtual superando sencillos retos en los que se explica el funcionamiento de las puertas y operadores cuánticos mediante casos prácticos e interactivos.

El responsable de esta iniciativa es James Weaver y brinda la oportunidad de adentrarse en el mundo de la computación cuántica de una manera interactiva, didáctica y divertida.

Otra iniciativa lúdica que IBM está organizando es el Quantum Challenge. Se trata de un evento que, desde el 4 de mayo, invita a completar diferentes retos relacionados con la computación cuántica y el entorno de desarrollo Qiskit desde una perspectiva lúdica y gamificada.


Imágenes| IBM, James Wootton de IBM, Quantum Dice, Qiskit Blocks

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