Las 5 claves para entender qué es la computación cuántica y por qué será revolucionaria

Cada día vemos como una nueva tecnología se hace un hueco en nuestras vidas a un ritmo que parece vertiginoso. Pero cada una de ellas viene de muy lejos, de teorías y leyes físicas puestas a prueba durante décadas por científicos e ingenieros, siempre a la búsqueda del siguiente salto tecnológico.

Sucedió con la electricidad, lo estamos viviendo con internet y los móviles y, en los próximos años, los expertos pronostican que ocurrirá lo mismo con la computación cuántica: una nueva manera de procesar, calcular y transferir la información en la que España no debe quedarse atrás.

Para entender de dónde viene y hacia dónde se dirige este nuevo paradigma tecnológico, en EL ESPAÑOL - Omicrono conversamos con Juan Ignacio Cirac, uno de los más prestigiosos investigadores en este ámbito a nivel mundial, director de la División de Teoría del Instituto Max-Planck de Múnich y Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2006, entre otros cargos y distinciones.

¿Qué es?

A grandes rasgos, la computación cuántica implica el uso de la física de partículas subatómicas para realizar sofisticados cálculos matemáticos, radicalmente distintos a los que realizan los ordenadores convencionales, basados en la electrónica.

"Estamos acostumbrados a que los ordenadores sean cada vez mejores y vayan más rápido, pero eso tiene un límite", explica Cirac, protagonista del último número de la revista TELOS, editada por Fundación Telefónica. "Para hacerlos más rápidos todavía tenemos que hacer procesadores más y más pequeños, para que los electrones, que son los que mueven la información, tengan que recorrer una distancia menor".  

Juan Ignacio Cirac, físico español experto en computación cuántica Enrique Torralbo TELOS

Esa reducción progresiva del tamaño de los procesadores conduce directamente a la física cuántica, teorizada por Albert Einstein y Max Plack por primera vez a principios del siglo XX. "Los ordenadores cuánticos por un lado son una ventaja, ya que permitirán una computación más rápida y potente, pero también una necesidad, si lo que queremos es seguir avanzando hacia cálculos más y más complejos", sostiene Cirac.

Para ello son claves la superposición de estados y el entrelazamiento, dos propiedades explicadas por la física cuántica que permitirán a los ordenadores cuánticos solucionar en cuestión de segundos problemas que las máquinas convencionales tardarían cientos de años en resolver.

¿Qué aplicaciones tiene?

Todavía es difícil saber exactamente qué aplicaciones prácticas puede tener la computación cuántica y de qué manera cambiará nuestra sociedad, pero todo apunta a que servirá para acelerar procesos en el desarrollo de materiales, en el terreno de la medicina y también a nivel industrial.

Cirac se muestra cauto pero también convencido de que el salto cuántico se producirá tarde o temprano y supondrá un cambio radical de paradigma. "A día de hoy podemos asegurar que la computación cuántica va a cambiar nuestra sociedad de una manera más bien indirecta. Es lo mismo que ha sucedido con los superordenadores. No nos damos cuenta de forma cotidiana, pero con ellos se pronostica el tiempo, se hacen nuevos materiales, se desarrollan nuevos fármacos, se estudia biología…". 

IBM Q System One, el primer ordenador cuántico comercial IBM IBM

La diferencia estriba en que los ordenadores cuánticos podrán hacer cierto tipo de cálculos necesarios para estas tareas de manera mucho más rápida incluso que los superordenadores. "También puede tener otras aplicaciones más directas que se están estudiando, relacionadas con procesos de optimización que tienen lugar a nivel industrial, y supondrá un gran empuje para la inteligencia artificial, que de momento necesita mucho tiempo, recursos y capacidad de procesamiento".

No todo es positivo, y es que la computación cuántica también supone un desafío para la ciberseguridad tal y como la conocemos hoy en día. "En teoría, un ordenador cuántico será capaz de descifrar todos los códigos encriptados que nos estamos enviando continuamente. Y eso no sólo lo hacen los gobiernos o los servicios secretos, lo hacemos todos nosotros, todos los días. Cuando compramos algo por Internet o metemos el PIN en la web de nuestro banco, esa información se codifica, lo que nos proporciona seguridad". Contra la potencia de un ordenador cuántico, de momento, no hay antivirus que valga.

Para que no cunda el pánico, Cirac también apunta posibles soluciones a esta oportunidad de oro para hackers, ladrones y espías. "Afortunadamente, existen mecanismos para protegernos de los ordenadores cuánticos. Uno sería cambiar los algoritmos que tenemos por otros más seguros. No es una solución definitiva, pero por el momento sería satisfactoria". La solución más a largo plazo "pasa por sustituir nuestros medios de comunicación por otros cuánticos, que sí serían seguros. El problema es que serán muy costosos y todavía no están desarrollados".

Ordenadores cuánticos

El teléfono móvil más barato del mercado a día de hoy tiene más capacidad de computación que la NASA cuando envió al primer hombre a la luna en 1969. Aquellos ordenadores primigenios, que ocupaban cientos de metros cuadrados y eran capaces de provocar apagones por su alta demanda de energía, son comparables a los primeros prototipos de ordenador cuántico que existen actualmente.

"Estamos un poco en esa fase", asegura Cirac, "con unos prototipos que ya funcionan, como los de IBM y Google. Los retos que tenemos por delante ahora mismo consisten en desarrollarlos más, hacerlos más pequeños y evitar que tengan errores, algo que de momento no se ha conseguido".

En la carrera por la computación cuántica, gigantes tecnológicos como los mencionados por Cirac, además de Microsoft, AWS, Alibaba o Honeywell, compiten por lograr el primer ordenador cuántico funcional y sin errores. "Si los demás no lo han logrado todavía, el primero tendría una ventaja competitiva tremenda. Es difícil predecir quién será el ganador, pero lo que sí es seguro es que los demás le siguen muy de cerca".

El ordenador con el que Google declaró la supremacía cuántica. Google Google

En cuanto a los costes, los ordenadores cuánticos implican grandes inversiones, a las que de momento solo pueden acceder grandes corporaciones, instituciones académicas y gobiernos, sobre todo por lo que implica de inversión en I+D. "Si uno estudia el ordenador cuántico de Google e intenta copiarlo o hacer algo similar, eso no costaría demasiado dinero", sostiene Cirac. "Lo que pasa es que hay que mejorarlo, y para ello hay que probar muchas cosas distintas, como nuevos materiales. Si una empresa invierte mucho dinero, podrá probar varias cosas en paralelo y, por lo tanto, avanzar más rápido".

De momento los ordenadores personales cuánticos o los móviles cuánticos son un sueño lejano, pero no imposible. Si hemos pasado del ENIAC, el primer ordenador, construido en 1945 y con 27 toneladas de peso, a los smartphones que llevamos en el bolsillo, ¿por qué no vamos a aplicar en un futuro la tecnología cuántica a la electrónica de consumo? 

¿Cuándo serán funcionales?

Aquí entramos en el terreno de la predicción y los pronósticos, tan difícil cuando una tecnología todavía está dando sus primeros pasos. Para que la computación cuántica llegue a suponer un cambio real, palpable en el día a día, el físico español, lejos de triunfalismos vacuos, asegura que lo que nos queda por delante "es un camino lento y farragoso que va a durar mucho tiempo, entre 10 y 20 años". 

Eso sí, advierte, conviene estar muy atentos porque "en ese lapso de tiempo puede producirse algún descubrimiento que nos permita ir más rápido, como el transistor en el caso de la computación clásica". Con tantas compañías y gobiernos apostando por la revolución cuántica, es muy posible que ese hallazgo llegue en el próximo lustro.

Circuitos del ordenador cuántico de Google Google Google

La España cuántica

Nuestro país no quiere ni debe perder el tren de la computación cuántica y, en esa línea, el gobierno de Pedro Sánchez anunció en 2021 una inversión de 22 millones de euros, destinada a crear un ecosistema de computación cuántica a través del proyecto Quantum Spain. Canalizado a través de la Red Española de Supercomputación, este dinero se ampliará hasta los 60 millones de euros en próximas fases, complementándose con otras iniciativas a nivel europeo y siguiendo un modelo de colaboración entre organismos públicos y entidades privadas.  

Los presupuestos que se manejan en investigación en nuestro país no suelen estar a la altura de los de nuestro entorno -Francia anunció el año pasado una inversión superior a los 800 millones en el mismo ámbito-, pero Cirac valora la apuesta española como "un esfuerzo muy grande, algo muy positivo con vistas al futuro".

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