Los ordenadores cuánticos traman una revolución

Los ordenadores basados en la mecánica cuántica (aquella que explica el comportamiento de los átomos y las partículas fundamentales) son capaces de resolver problemas inabarcables para las computadoras actuales, tanto por capacidad como velocidad. Por ello, están llamados a ofrecer soluciones impensables en campos como la criptografía y la ciberseguridad, el desarrollo de nuevos fármacos a través de la simulación de moléculas, la investigación médica, la optimización de rutas logísticas, el ahorro energético, la predicción de fenómenos naturales, las finanzas, la creación de nuevos materiales e incluso la redefinición de los algoritmos de la IA.

Avances que tendrán su traslación a la vida cotidiana, sin duda, aunque de manera indirecta. No tendremos ordenadores cuánticos en casa, pero nos veremos beneficiados por su uso a nivel industrial, tecnológico y científico a través de grandes infraestructuras compartidas. Aunque aún falta algo de tiempo para ello. “Estamos en un momento de transición más que en un verdadero punto de inflexión hacia una adopción masiva de la computación cuántica. Se han producido avances tangibles, pero las limitaciones persisten. En todo caso, la pregunta no es si la computación cuántica transformará industrias, sino cuándo, cómo y qué enfoques técnicos prevalecerán en esa eventual transformación”, asegura Marc Bara, ingeniero y profesor de la OBS Business School.

Los cúbits: ceros, unos y todo lo demás

Pero, ¿cuál es la principal diferencia respecto a la informática tradicional? La respuesta más sencilla es que funciona bajo otras leyes, que pueden parecer casi de ciencia ficción a escala humana, aunque perfectamente definidas en el mundo microscópico de la física cuántica. Las computadoras digitales codifican la información en bits, dígitos binarios que se materializan en dos valores: el 0 y el 1, encendido o apagado. Las cuánticas lo hacen a través de cúbits (del inglés qubit), que no solo representan estos dos estados diferenciados, sino que pueden ser ambos a la vez. Es decir, representar un 1 y un 0 al mismo tiempo. Es lo que se conoce como superposición y es, junto al entrelazamiento cuántico, la clave de todo el asunto.

La superposición describe la capacidad de partículas elementales como electrones, fotones o átomos para estar en dos lugares a la vez, o moverse en dos direcciones diferentes al mismo tiempo. O de estar vivas y muertas a la vez, como el famoso gato de Schrödinger. Son, por lo tanto, impredecibles, y contradicen el funcionamiento del mundo visible y sus leyes físicas. Por otro lado, el entrelazamiento es un fenómeno por el cual dos partículas están conectadas de tal manera que su comportamiento es dependiente aunque estén a kilómetros de distancia. Como si se lanzaran dos dados a la vez en dos habitaciones distintas y el resultado siempre coincidieran, porque a nivel cuántico son el mismo dado.

Estos dos comportamientos son clave para la configuración del cúbit, la pieza básica de la computación cuántica y que definen la potencia del ordenador según la cantidad de estos elementos de los que disponga. Pero también conllevan una serie de problemas que todavía quedan por resolver de manera definitiva para que pueda ser una tecnología madura. Dichos cúbits son extremadamente sensibles a cualquier perturbación del entorno, lo que dificulta su manipulación y control. Además, existe lo que se define como la decoherencia, la pérdida de información cuántica.

Hacia la supremacía cuántica

La gran pregunta es cuándo se logrará alcanzar la supremacía cuántica, es decir, cuando una computadora de esta categoría podrá resolver un problema de la vida real que sería prácticamente imposible o inalcanzable para una computadora clásica, en un tiempo operativo. Para que así sea, será necesario desarrollar una máquina con miles de cúbits superconductores y con la capacidad de permanecer en superposición cuántica de manera estable. Y aunque parece aún lejos, hay dos compañías que se lo han propuesto para antes de terminar la década: la estadounidense IBM y la china SpinQ. Y a nivel de investigación, el California Institute of Technology ha conseguido recientemente hacer trabajar a la vez a 6.100 cúbits, batiendo el récord anterior, que era de 1.000.

Eso no quiere decir que no haya ya ordenadores cuánticos y simuladores operativos, tanto para avanzar en la investigación como para resolver cuestiones concretas. En España, el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) acoge el primer ordenador cuántico de fabricación 100% europea, fruto de la colaboración entre la empresa catalana Qilimanjaro Quantum Tech y el proyecto Quantum Spain. Antes de final de año está previsto incorporar otro ordenador cuántico, esta vez analógico, para comenzar a tejer el MareNostrum-Ona, un sistema de ordenadores cuánticos de acceso público impulsado por la Unión Europea. Además, IBM cuenta con una compudora instalada en el Centro de Computación Cuántica del País Vasco y Fujitsu tiene otra en el Centro de Supercomputación de Galicia. Además, la Red ARQA, formada por diversos centros tecnológicos, ofrece soluciones a las empresas basadas en la simulación cuántica.

Así se va armando una computación que puede poner fin al dominio de un tipo de informática que ha evolucionado de manera estratosférica, pero siempre sosteniéndose sobre el mundo digital, el de ceros y unos, el del todo o nada. La cuántica abre millones de matices y, con ellos, ¿una nueva forma de entender el mundo? Quizás, si se consigue domar a las traviesas partículas subatómicas, esta será la revolución que lleve a la humanidad a una nueva era.