La década de la computación cuántica

Algoritmos de ciberseguridad que funcionan con fotones, nuevos fármacos y servicios financieros. La computación cuántica promete ser el próximo salto tecnológico. Un salto que podría llegar antes de 2030 si se solucionan ciertos problemas tecnológicos como que los ordenadores necesitan ambientes casi al vacío y temperaturas bajísimas para calcular

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A la computación cuántica se le asigna un hueco en el olimpo de los saltos tecnológicos equiparable a los que en su día produjeron la aparición del ábaco o de la informática moderna. Los ordenadores cuánticos prometen revolucionar la economía gracias al desarrollo de aplicaciones en el sector de servicios financieros, en el de la fabricación de materiales, fármacos, productos químicos o médicos y en el de la ciberseguridad. Se dice que los sistemas de comunicación cuántica podrán enviar mensajes cifrados aprovechando las propiedades de los fotones (partículas de luz) para ofrecer mayor seguridad.

Toda nuestra vida en internet, desde datos bancarios a médicos o a las conversaciones de whatsapp, está protegida por algoritmos cifrados, que podrían ser fácilmente decodificados por una máquina cuántica. Esta última posibilidad es la que mantiene el interés de muchos gobiernos y empresas como Google o IBM por incluir la tecnología cuántica en su agenda. Imaginen un ordenador con una capacidad de cálculo hasta ahora nunca vista. Cualquier sistema caería en escasos segundos. A este hipotético futuro se le conoce como apocalipsis cuántico y, de hecho, desde 2012 organismos como el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos buscan soluciones a este problema basadas en criptografía postcuántica. Incluso hay quien apunta a un colapso de la mayoría de las criptomonedas si aparece un ordenador capaz de dar con todos los datos encriptados que cierran las transacciones monetarias.

Sin embargo, el kit de la cuestión de toda esta historia es quien llegará antes en esta carrera por desarrollar el primer ordenador capaz de revolucionar así la vida virtual y la economía. «La computación clásica se está agotando. Lleva en desarrollo desde los años 60 y ya estamos llegando al límite de la miniaturización. Los ordenadores estándar comienzan a encontrar problemas cuando se enfrentan a cálculos muy muy complejos y necesitan resolver gran cantidad de datos. Ahora estamos entrando en el mundo atómico y en él, las partículas no pueden ser tratadas de la misma forma. Las posibilidades de procesar información son diferentes y esto supone que los ordenadores cuánticos ofrecen mucha más potencia de cálculo.», explica Miguel Ángel Martín Delgado, catedrático de Física Teórica, especialista de computación cuántica en la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y miembro del Centro de Simulación Computacional.

El origen de estos desarrollos hay que situarlos en la mecánica cuántica, una parte de la física que surgió el siglo pasado y que está encargada de estudiar partículas subatómicas como fotones o electrones. En sus inicios encontramos algunos de los grandes nombres de la física del siglo XX como el americano Richard Feynman, quien elaboraba desde los bares de alterne teorías como la posibilidad de construir ordenadores cuyos estados internos fueran variables cuánticas.

La diferencia con la informática clásica es que mientras esta se basa en bits que pueden tomar el valor de 0 y 1 (algo parecido al encendido y apagado), en la informática cuántica a las unidades de información básica se las denomina cúbits. Estas pueden encontrarse simultáneamente en los dos estados a la vez, cero y uno.

Los ordenadores cuánticos funcionan muy rápido debido a dos características: la superposición, es decir, esta capacidad de los cubits de tener dos estados a la vez, y el entrelazamiento o el hecho de que estos cubits estén conectados entre sí. Algo así como si varias unidades de computación trabajaran al mismo tiempo. «La física cuántica intenta explicar lo que ocurre a nuestro alrededor, pero a nivel de las partículas subatómicas. Ahí vemos que se producen fenómenos diferentes de los que ocurren a nivel macroscópico. por un lado, está la superposición cuántica: un sistema tiene propiedades o estados, por ejemplo una baraja tiene cartas rojas y negras, una taza está colocada aquí o allí, pero en el enfoque cuántico estos estados se superponen. Sería como si una carta estuviera entre medias del rojo y el negro. A nivel de microscopio se puede apreciar que hay electrones que rotan en un porcentaje en un sentido y en un porcentaje en el contrario. Otra de las características de la física cuántica es lo que se conoce como entrelazamiento, que significa que si miras las partículas individualmente no tienes toda la información del estado La información completa te la ofrecen las correlaciones entre partículas. Estas características se podrían explotar», dice Alejandro Pozas, experto en computación cuántica de la UCM.

Multiverso

Es precisamente el desarrollo de la mecánica cuántica y ese estudio de las partículas que no se ven, uno de los orígenes de la teoría del multiverso, es decir la existencia de universos paralelos que coexisten a la vez. De hecho, en el conocido como experimento del gato de Schrödinger, se juega con la hipótesis de que un gato esté vivo y muerto a la vez debido precisamente a la superposición cuántica. Y en él se basan algunos especialistas en computación como Geordie Rose, fundador de D Wave –primera compañía del mundo que vende ordenadores cuánticos–, para afirmar que la mecánica cuántica puede hacer accesibles estos universos paralelos.

Pero antes de seguir pensando en hipótesis futuras, hay que decir que los avances en computación cuántica van despacio. En 2016 se produjo un hito cuando IBM anunció el lanzamiento de su primer ordenador cuántico de cinco cubits. En 2019, Google anunciaba a su vez la supremacía cuántica con un ordenador, de nombre Sycamore, de 54 cubits capaz de resolver en 200 segundos lo que al ordenador más potente del mundo le llevaría 10.000 años. « Google, además, puso su ordenador a disposición en la nube para que cualquiera pudiera trabajar con él. Ahora mismo los ordenadores en funcionamiento están en torno a los 50 cubits, aunque IBM afirma que para 2022 tendrá un ordenador de 300 cubits; para 2023 un desarrollo de 500 cubits y para el final de la década llegaría al millón. A está década que acaba de empezar se la llama la década cuántica; tendremos ordenadores suficientemente grandes para hacer cosas útiles. Ya hay muchas pruebas de concepto, solo falta el salto disruptivo», detalla Martín Delgado.

Entre los expertos se comenta que todavía quedan entre cinco y diez años para que haya un ordenador cuántico capaz de hacer algo que aporte valor. Mientras, la carrera por el desarrollo de software no para. El objetivo: encontrar una killer application que genere miles de dólares de beneficios en un mercado nuevo. Una app que esté lista para cuando llegue el momento en el que haya una máquina pueda hacer los cálculos necesarios antes de que se recaliente. Y es que estos ordenadores, que se han ganado el sobrenombre de verdes porque disipan muy poca energía, tienen un problema por resolver. Son tan sensibles que el entorno en el que han de alojarse debe estar muy cuidado, cualquier ruido puede hacerle perder sus propiedades y tienen un número de cálculos máximo a partir del cual se recalientan. Por eso necesitan ambientes casi en vacío y temperaturas muy bajas. Se habla de hasta -273 grados. Unas condiciones que «requieren energía, por lo que a día de hoy no se puede decir si serán más sostenibles o no que los ordenadores actuales. En los próximos años vamos a escuchar cada vez más hablar del potencial de la computación cuántica. Los aparatos en sí van a mejorar notablemente , pero también nos vamos a acercar a un punto crítico que tiene que ver con el límite de refrigeración», matiza Alejandro Pozas.

Habrá que esperar para ver cómo se solucionan estos problemas y cuáles son las primeras aplicaciones que tiene la computación cuántica. También si se produce o no el temido apocalipsis en ciberseguridad y si somos capaces de demostrar la existencia de mundos paralelos. Lo que sí parece claro es que no vamos a tener cada uno en nuestras casas uno de estos equipos, como sí pasó con los ordenadores personales. Estas máquinas potentes y rápidas, de momento, serán un recurso para la supercomputación.