Google sorprendía hace unos días al anunciar que había alcanzado la supremacía cuántica. Según se ha sabido, habría dado este trascendental paso con un ordenador de 53 qbits, la unidad utilizada para indicar la potencia de estas revolucionarias máquinas. Para entender mejor la capacidad de cálculo de este sofisticado artilugio se ha dicho que ha resuelto en 200 segundos un problema que hubiera llevado 10.000 años de trabajo a cualquier 'superordenador' del mercado. Por hacernos una rápida idea del choque, sería algo así como si en una carrera pusiéramos a competir a un modesto caracol, que avanza 50 metros cada hora, frente a un hipotético tren bala que circule a 600 kilómetros por hora.
Nada más desvelarse el prodigio, expertos de IBM quitaron lustre al anuncio de Google y apuntaron que, con estimaciones conservadoras, la mejora de velocidad en el cálculo de proceso sería de tres minutos de un equipo cuántico frente a 2,5 días de otro convencional, proporción también considerable.
No sólo el principal buscador de Internet está trabajando para conseguir un primer ordenador cuántico. Se confía en que esta máquina nos ayudaría a resolver los enigmas más complicados en campos tan diversos como el desarrollo de fármacos, la búsqueda de nuevos tratamientos a enfermedades, otros desafíos de la ciencia, la gestión de las 'smart cities', etc. Otros gigantes tecnológicos como IBM, Alibaba, Intel, Microsoft, Fujitsu o Honeywell están invirtiendo muchos recursos y tiempo para alcanzar ese nuevo nivel en computación.
"Las leyes de la física cuántica se rigen por lógicas bien distintas"
El físico Juan Ignacio Cirac, el teórico más citado de la computación cuántica, explica a elEconomista que hay que celebrar este primer paso anunciado por Google. El actual director de la División de Teoría del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica nos recuerda, no obstante, que "aún queda un camino muy largo por recorrer, un desafío muy importante hasta conseguir ese ordenador cuántico con el que todos soñamos y con el que podríamos realizar muchos cálculos que de otra forma no podríamos realizar nunca". Le preguntamos por el tiempo que habrá que esperar hasta obtener ese ordenador cuántico y entonces mira al cielo: "Es muy difícil hablar de plazos. Hay un progreso continuo, estos primeros prototipos tienen del orden de cincuenta y tantos bits cuánticos, que es como medimos su tamaño, y para obtener un ordenador de este tipo necesitaremos que tenga millones de bits cuánticos. Pueden ser diez, 15 o 20 años de espera. Es difícil predecir cuándo llegará. Pero ya con estos prototipos de 50, 100 o 200 bits cuánticos se pueden obtener resultados destacables. Y esto ha hecho que las empresas tecnológicas más punteras estén volcadas en ello", explica a elEconomista, eminencia llamada a competir por el Nobel de Física.
"La velocidad del prodigio cuántico de Google frente al resto de los PCs es comparable a la velocidad de un caracol (50 metros por hora) ante el tren bala más avanzado (600 Km/h)"
Cirac tampoco se atreve a pronosticar el tipo de problemas que llegará a resolver una de estas máquinas. "Hay que tener en cuenta que las leyes de la física cuántica se rigen por lógicas bien distintas a las que hasta ahora ha sometido la computación de los procesadores de silíceo. El futuro ordenador cuántico necesitará, entre otras cosas, mantener inalterables los qbits a bajísimas temperaturas", destaca, entre otros desafíos. Otro aspecto interesante que permite conocer la complejidad del futuro sistema: en la computación cuántica pueden encontrarse dos elementos a la vez en dos lugares distintos. Tampoco las herramientas y soluciones de seguridad con las que contamos servirán para proteger estos superordenadores, lo que exigirá también redoblar esfuerzos en ese campo, para nada baladí.
La carrera por conseguir el primer ordenador cuántico que incluso sea capaz de detectar y corregir sus propios errores puede considerarse de lejos en estos momentos como el proyecto científico que más interés despierta. No solo entre las compañías tecnológicas, también desde los Gobiernos e instituciones transnacionales. Solo la Unión Europea ha destinado 1.000 millones de euros a este fin. Y ese presupuesto dista mucho de las cantidades comprometidas por Estados Unidos y China. Preguntamos a Juan Ignacio Cirac por este punto y se le cambia el gesto: "Europa, desde la perspectiva más científica, ha estado liderando la investigación con Estados Unidos, pero si nos fijamos ahora en la industria europea, no tiene tanta fuerza ni poder de inversión como la de Estados Unidos u otros lugares y esto es posible que nos pueda dejar atrás en esa carrera".
John Preskill, físico estadounidense y director del Instituto de Información Cuántica de Caltech, acuñó el término "supremacía cuántica" el 10 de noviembre de 2012, en una publicación científica. En su artículo, el profesor ya se preguntaba sobre qué tareas cuánticas serían factibles de realizar, aunque resulten difíciles de simular desde los esquemas clásicos. Mientras que la cosmología explora la información de las distancias largas y la física de partículas las de corto alcance, la ciencia cuántica se encargaría de analizar la "frontera de los enredos". Es decir, mientras que los ordenadores convencionales trabajan con unidades de memoria conocidas como bits, formados por ceros y por unos, la informática cuántica maneja los qbits, que tienen la habilidad de codificar los ceros, los unos y, milagrosamente, también ceros y unos al mismo tiempo. Es decir, una realidad puede ser afirmativa o negativa simultáneamente, sin que medie un error por medio. Esta nueva realidad enloquecería a los defensores de los esquemas clásicos, como ocurrió cuando irrumpió esta disciplina de la física hace más de un siglo atrás. Desde entonces, el mundo científico se afana para aprovechar esta singular potencia para realizar cálculos imposibles para la informática convencional y realizar tareas insospechadas hasta la fecha.
Quien sea capaz de llevar a la práctica todo este escenario y, además, hacerlo a gran escala, obtendrá la ansiada supremacía clásica. Y en esta apasionante carrera se encuentran las mayores potencias tecnológicas del mundo. La construcción de circuitos cuánticos mantiene ocupados hasta la extenuación a miles de doctores, con sus respectivos equipos, en una competición cuyo premio no sólo será el Nobel de Física, sino el mayor hallazgo de la historia de la informática moderna: ejecutar algoritmos cuánticos rápidos en ordenadores cuánticos y, además, hacerlo a gran escala. La dificultad de la aventura reside en la propia naturaleza cuántica, debido a su imprevisibilidad y a la acumulación de pequeños errores. Estos fallos elevados a dimensiones cuánticas estarían llamados a convertirse en errores monumentales capaces de echar por tierra cualquier certidumbre. De esa forma, Preskill ya advertía que los qbits en un ordenador cuántico "interactúan inevitablemente con su entorno y eso genera incoherencias que surgen de correlaciones indeseadas con el entorno".
Producción a gran escala
La superposición de respuestas cuánticas y la necesidad de mantener los estados duales convencionales obliga a los físicos a proteger los qbits contra los errores que se producen cuando los ceros y unos interactúan caprichosamente entre ellos y, también, con el medio ambiente. Es decir, el desafío pasa por hacer que la computación cuántica pueda tolerar y corregir los fallos a gran escala dentro del propio sistema. Ahora bien, esa corrección de errores cuánticos funciona solo si el ruido es débil y fracasa estrepitosamente cuando resulta generalizado y afecta a muchos qbits al mismo tiempo. Por lo pronto, la salida de semejante laberinto apunta hacia entornos de bajísimas temperaturas en los que los átomos y moléculas convenientemente enfriados reducen sus errores.
Por todo lo anterior, Preskill lanzaba hace siete años una inquietante pregunta a la comunidad científica: ¿Cómo podrían los ordenadores cuánticos cambiar el mundo? Para acto seguido indicar que "las predicciones nunca son fáciles, pero sería especialmente presuntuoso creer que nuestras limitadas mentes clásicas pueden adivinar el curso futuro de la ciencia de la información cuántica. Alcanzar la supremacía cuántica y la exploración de sus consecuencias será uno de los grandes retos a los que se enfrentarán la ciencia del siglo XXI, y nuestra imaginación no está bien equipada para visualizar las recompensas científicas de la manipulación de estados cuánticos altamente enredados, o el potencial beneficioso de las tecnologías cuánticas avanzadas. A medida que nos elevamos al llamado del enredo frontera, debemos esperar lo inesperado".
Satya Nadella, consejero delegado de Microsoft, tiene claro que el crecimiento exponencial en la potencia de la computación permitirá resolver problemas relacionados con el cambio climático, la producción de alimentos o el descubrimiento de fármacos. IBM apunta hacia la inteligencia artificial, como desveló en la última feria Consumer Electronics Show (CES) de Las Vegas, del pasado enero de 2019, donde el gigante azul presumió con su 'Q System One', considerado por la compañía como el primer ordenador cuántico independiente.
Clave para entender el mundo
Fue el matemático y físico alemán Max Planck el primero en dejar formuladas las teorías cuánticas ya en 1900. Sus trabajos, que le hicieron merecedor del Nobel de Física en 1918, nos han ayudado desde entonces a entender cómo funciona el mundo tal y como lo conocemos. Más tarde, el norteamericano Richard Feynman -también Nobel de Física en 1965- inició el trabajo de redes neuronales y nuevos sistemas de computación. El sucesor de todos ellos ahora es el español Juan Ignacio Cirac, también firme candidato al galardón de la Real Academia de las Ciencias de Suecia. La carrera en la que están inmersos los gigantes tecnológicos y los Gobiernos surge de aquellos principios de Planck, desarrollados más tarde por Feynman y en las dos últimas décadas por Cirac.
