Enchufados a la supremacía cuántica

Entrelazamiento, cúbit, superposición de estados, efecto túnel, coherencia cuántica, interferencia… Vayan tomando nota porque a partir de ahora este tipo de conceptos van a irrumpir en nuestras vidas. Comienza la era cuántica. Nada que ver con esotéricos, iluminados de Ganímedes y pseudocientíficos. Estamos a las puertas de la revolución tecnológica que lo cambiará todo de nuevo.

Biomimética cuántica, criptomonedas, simulaciones cuánticas de dinámicas de fluidos, finanzas, redes neurales, medicina, farmacéutica, protocolos de seguridad, relojes y sensores cuánticos que mejorarán su geolocalización, hidrología, navegación… La era cuántica aportará seguridad en las comunicaciones, los servicios y los productos, que estarán más adaptados a nuestra vida cotidiana debido a que serán desarrollados de modo diferente desde su base, con nuevos materiales, simulaciones más precisas y mayor capacidad de interrelación de datos. La sociedad, la industria (con los procesos blockchain a la cabeza), las empresas, los planes de estudio (especialmente las carreras STEM) tendrán que prepararse para un mundo que dejará obsoleto, o al menos anticuado, cuanto conocemos.

"Los ordenadores actuales están alcanzando sus límites. La computación cuántica es inevitable". M. A. Martín-Delgado

La rapidez de cálculo, la gestión de datos y la seguridad nos llevarán a la llamada “supremacía cuántica”, fase en la que se podrán resolver problemas matemáticos en un período de tiempo muchísimo más corto que el Summit, el ordenador ‘convencional’ más potente (se habla incluso de operaciones que no estarían a su alcance). En esta carrera por dominar la nueva tecnología ya han entrado los gobiernos de Estados Unidos (con experimentos en red de fibra óptica), Europa (con los 1.000 millones de euros del programa The Quantum Technologies Flagship) y China (a través del satélite Micius), y grandes corporaciones como Google (acaba de presentar el Sycamore de 53 bits y varios estudios estratégicos, artículo en Nature incluido), IBM, Microsoft, Intel, Honeywell o D-Wave. “Aquellas empresas que no empiecen a prepararse para la computación cuántica lo tendrán muy difícil. Esta nueva tecnología es radicalmente diferente”, explica a El Cultural Elena Ynduráin (Ginebra, 1973), profesora del IE Business School, especialista en estudiar su impacto en el sector privado. “El modo de enfocar los problemas es completamente distinto, ya que se aplica la física cuántica y por tanto hay que ‘reescribir’ los algoritmos”.

Cálculos en la nube

Miguel Ángel Martín-Delgado (Burgos, 1963), catedrático de Física Teórica de la UCM y coordinador del consorcio científico QUITEMAD (Quantum Information Technologies Madrid), considera que el modelo de negocio que está empezando a implantarse es el de los ordenadores cuánticos en la nube. Como los de IBM, en los que el usuario se puede conectar remotamente para poder hacer los cálculos. Es el caso de nuestro CSIC, que firmó en junio un acuerdo para poder usar su red IBM Q Network. Con todo, Martín-Delgado nos pone los pies en el suelo. No imaginemos aún ordenadores cuánticos de mesa ni portátiles: “Al principio no revolucionarán nuestras vidas de la forma en que lo han hecho los actuales ordenadores. De todos modos, no olvidemos que en su inicios también fueron grandes instalaciones que ocupaban canchas de baloncesto. Es de esperar que los ordenadores cuánticos sigan una evolución similar”.

En el mismo o parecido sentido se pronunciaba recientemente Ignacio Cirac (Manresa, 1965) en una conferencia en la Fundación Ramón Areces. Cirac, uno de los máximos estudiosos de este tipo de ingenios –que ha sonado incluso para el Nobel de Investigación por sus trabajos en el Instituto Max Planck de Alemania–, señalaba: “Estos primeros prototipos tienen del orden de cincuenta y tantos bits cuánticos, que es como medimos su tamaño. Para obtener un ordenador cuántico necesitaremos que tenga millones de bits. Pueden ser diez, quince o veinte años pero con estos prototipos de 50, 100 o 200 bits se pueden obtener resultados destacables”. Lo que sí parece claro es que en la comunidad científica hay consenso respecto a que las tecnologías cuánticas podrían entrar de
lleno en nuestras vidas para el 2040.

Cambio de paradigma

Lo afirma también Salvador Miret Artés (Gandía, 1957), director del Instituto de Física Fundamental del CSIC, para quien mantener un ordenador cuántico en estos momentos requiere de una coyuntura especial: “Son condiciones extremas de temperatura y aislamiento para alcanzar lo que se conoce como coherencia cuántica. La revolución que se nos viene encima es muy difícil de predecir. Habrá muchos cambios de paradigmas en todas las áreas del conocimiento”.

Así las cosas, el terremoto cuántico podría llegar, además de a resolver los desafíos propios de su complejidad, a responder preguntas de enorme calado: ¿será capaz de explicar el origen de la vida? ¿dará respuesta a los grandes enigmas existenciales a través de sus mastodónticas simulaciones? ¿qué áreas del conocimiento se verán más afectadas? ¿hasta dónde cambiará nuestra vida cotidiana? ¿será compatible con el internet actual? ¿alcanzará la seguridad y la encriptación necesarias?

Miret Artés considera que la mecánica cuántica abordará cuestiones filosóficas importantes: “Problemas como la realidad y la verdad, la relación causa-efecto y, en general, la ontología y la teleología son temas de gran actualidad cuando lo cuántico entra en juego”. El autor de Biología cuántica considera que esta disciplina, pese a estar en su infancia, pretende estudiar el origen cuántico de procesos vitales como la quiralidad, la genética y la epigenética, la respiración, la fotosíntesis, la migración aviar o el olfato. “Más aún, no sabemos si la mente puede tener también un origen cuántico. Por supuesto que el origen de la vida es multidisciplinar pero el componente cuántico aún no ha sido abordado con profundidad”. Las encrucijadas éticas y morales llegarán cuando, como plantea Enrique Solano (Lima, 1964), experto mundial en tecnologías cuánticas de las universidades del País Vasco y Shangai, los modelos reales de vida y su origen puedan ser atacados desde un punto de vista computacional nuevo.

Corporaciones como 'La Caixa' y Telefónica ya se están preparando para aplicar sistemas de tecnología cuántica

El origen de la vida no parece que se encuentre aún en la ruta de la computación cuántica pero, como afirma Martín-Delgado, los métodos de la información cuántica son más versátiles de lo que se había pensado, por lo que se están aplicando ya en áreas aparentemente alejadas de su campo de influencia: “Una de las primeras será la química cuántica. Como el origen de la vida es químico, un ordenador cuántico podría ser muy útil para hacer simulaciones y poder reducir el número de posibilidades que se tendrían que probar en el laboratorio. Al fin y al cabo, la vida es un proceso evolutivo complejo que ha tardado mucho tiempo en producirse”.

Desde la Universidad de Sevilla, Lucas Lamata (Valencia, 1977) y su equipo siguen una estrategia ortogonal: en lugar de tratar de explicar el origen de la vida desde un punto de vista cuántico, se han fijado en las propiedades básicas de la vida, como la autorreplicación, y han tratado de reproducirlas en sistemas cuánticos controlables. Es decir, han creado en el laboratorio vida artificial cuántica: “No defendemos por ello que pueda explicarse el origen de la vida, que es un misterio muy difícil de comprender. Involucra miles de millones de años y fenómenos físico-químicos que no se acaban de conocer bien”.

Una fase para la que tendremos que ir preparándonos, especialmente las empresas de alta tecnología, es la que hará convivir la tecnología actual con la que se rige con las normas cuánticas. Para Solano, todo apunta a que la revolución cuántica se dará en un contexto de coexistencia simultánea con las tecnologías más convencionales: “Creemos que nunca podremos escapar a nuestro mundo macroscópico, donde las percepciones se dan a un nivel puramente clásico, en contraposición al microscópico cuántico. Todo lo que se hace hoy en tecnologías cuánticas se basa en el uso del cúbit. Los verdaderos avances se darán en las tecnologías neuromórficas, cuando los cúbits sean reemplazados por memristores cuánticos y neuronas cuánticas”. Un malentendido muy habitual entre el público, asegura Martín-Delgado, es pensar que los ordenadores cuánticos van a dejar fuera de juego a los actuales. “No es así por varias razones –asegura–. Primero, porque un ordenador cuántico siempre tiene componentes clásicos para sus funcionamiento; segundo porque para su uso se necesita hacer preprocesamiento y postprocesamiento de datos clásicos y porque los ordenadores que se están haciendo son híbridos, parcialmente clásicos y parcialmente cuánticos. De modo que están condenados a entenderse”.

¿Internet cuántico?

Carlos Sabín Lestayo (La Coruña, 1981), investigador Junior Leader de ’la Caixa’ –entidad pionera en desarrollo de algoritmos cuánticos aplicados al sector financiero– en el Instituto de Física Fundamental del CSIC, investiga los aspectos teóricos de la información cuántica: “Desde un punto de vista teórico, un ordenador cuántico ideal tendría un impacto grande en prácticamente cualquier área de la sociedad. Sin embargo, no sabemos todavía cómo de cerca nos quedaremos de esos modelos ideales en la realidad”. Según Sabín Lestayo, salvo cuestiones técnicas, los cables y fibras actuales podrían usarse para las nuevas comunicaciones.

"La revolución que viene es muy difícil de predecir. Habrá cambios en todos los campos del conocimiento". S. Miret

Y, por supuesto, internet. La red de redes también podría convivir con la tecnología cuántica. “Son perfectamente compatibles –zanja Lamata–. Internet es una red de información clásica y los ordenadores cuánticos son máquinas de procesamiento que tienen entrada y salida de información clásica, aunque luego la procesen de forma cuántica. Es decir, se puede conectar un ordenador cuántico a internet. IBM o D-Wave llevan años haciéndolo”. Otra cosa también factible, apunta el profesor de la Universidad de Sevilla, “es que en el futuro haya un internet cuántico, es decir, ordenadores cuánticos conectados por sistemas cuánticos”. La clave está, señala Ynduráin a este respecto, en “identificar en los negocios y los algoritmos subyacentes qué tiene sentido que se calcule de modo cuántico y qué no”.

A esta cohabitación necesaria se añade otra variante: la seguridad. ¿Serán seguros estos dispositivos? ¿Cómo será la nueva encriptación? ¿Podrá hablarse de criptomonedas? Lamata considera que los sistemas “clásicos” de criptografía, como el algoritmo RSA, empleado habitualmente en las transacciones de internet, siguen siendo seguros. “Es cierto que una vez que se construyan ordenadores cuánticos de millones de cúbits se podrán descifrar todas esas claves. La mecánica cuántica, que es la que puede poner en riesgo la seguridad en criptografía clásica, proporcionará la solución en forma de criptografía cuántica. Este paradigma de comunicación supondrá una revolución porque, asumiendo que las leyes de la física son correctas, los mensajes codificados por este tipo de encriptación serían totalmente seguros e indescifrables incluso para un ordenador cuántico”. Prueba de su importancia es la reciente iniciativa del consorcio QUITEMAD. Dirigida por Vicente Martín Ayuso, catedrático de Computación de la Universidad Politécnica, ha abordado la encriptación cuántica en redes ópticas comerciales con la participación de Telefónica y Huawei. “La ciberseguridad es uno de los quebraderos de cabeza de las redes –añade Martín-Delgado–. Los ciberataques pueden tener consecuencias muy nocivas. Pensemos, además, que el dinero físico está en vías de extinción. El nuevo dinero digital se basa en comunicaciones. De modo que si no podemos garantizar su seguridad sería una versión moderna de la falsificación de dinero. El potencial de la criptografía cuántica es transversal a todas las redes de telecomunicaciones”.

Sabín Lestayo precisa un poco más: “A la criptografía actual le resulta demasiado complicado hacer lo que se denomina ‘descomposición de números primos’. Un ordenador cuántico con un número de cúbits suficiente sería capaz de hacer el cálculo de forma rápida, por lo que nuestra criptografía dejaría de ser segura. Todas las empresas deberían cambiar de criptografía, que ya no estaría basada en la ‘descomposición de números primos’ sino en la física cuántica, como por ejemplo a través del entrelazamiento, proceso por el que se puede llegar a cálculos imposibles para un computador clásico”.

Pese a que la supremacía cuántica con aplicaciones comerciales aún está lejos, lo cierto es que ya está entrando en nuestras vidas. “Los ordenadores actuales están alcanzando los límites de la miniaturización –apunta Martín-Delgado–. Ya hay chips del tamaño de siete nanómetros en móviles. Esto es sólo diez veces mayor que la escala atómica, en la cual los efectos cuánticos son inevitables. Es, por lo tanto, un momento histórico”. O, como define Ynduráin, “una revolución tecnológica protagonizada por la informática y la física”.

@ecolote