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Los ordenadores cuánticos tienen el poder de ver a través de los datos

Los ordenadores cuánticos tienen el poder de ver a través de los datos

El investigador de computación cuántica de IBM Research Ismael Faro explica los entresijos y futuras aplicaciones de los complejos ordenadores cuánticos, que prometen resolver retos inalcanzables para cualquier PC de sobremesa


En la década de 1950 ya empezaba a sonar el potencial de una desconocida tecnología llamada computación cuántica, que prometía una revolución en la informática. Pero no ha sido hasta más de 60 años después cuando han empezado a verse los primeros desarrollos tangibles. El líder técnico de Quantum Experience Cloud de IBM Research en Nueva York (EE. UU.), Ismael Faro (Galicia, 1975), trabaja en materializar uno de esos ordenadores cuánticos que podrían resolver problemas imposibles para los ordenadores tradicionales.

Mejor procesamiento de información, mayor seguridad, y aplicaciones en medicina, finanzas y logística son algunos de los posibles usos que podría tener un computador cuántico genérico, como el que el equipo de Faro desarrolla. En el área de investigación de IBM ya se han logrado grandes hitos, por ejemplo en química cuántica, con la simulación de la molécula más compleja jamás simulada por un ordenador cuántico. Faro espera que en cinco años esta tecnología, a priori difícil de comprender, ya esté influyendo en las cosas que nos rodean a diario.

La pregunta del millón: ¿qué es un ordenador cuántico?

Es un ordenador convencional, como nuestro portátil y nuestro móvil, pero usa una tecnología diferente y almacena y procesa la información de forma distinta. Los ordenadores clásicos están hechos con ceros y unos y eso da beneficios, pero también genera restricciones de velocidad y eficiencia que se han intentado mejorar desde el primer ordenador que hizo los cálculos para mandar al hombre a la Luna. La computación cuántica busca optimizar más cosas, como el almacenamiento de los datos, y lo hace trabajando con interacciones de partículas. Utiliza cúbits en lugar de bits: en lugar de cajas de 0 y 1, tenemos una esfera que rota y que puede tener valor 0, 1 o cualquier rotación entre ellos. Esta tecnología puede romper las barreras de los ordenadores convencionales.

 

Los ordenadores cuánticos tienen el poder de ver a través de los datos
Crédito: IBM Research.

Cuando vemos una imagen de uno de estos ordenadores nos encontramos un enjambre de cables y placas dorados, pero no hay pantalla ni teclado. ¿Cómo funciona?

Por un lado, tenemos un ordenador normal unido por unos cables a una especie de lámpara gigante, que se sitúa en la parte más baja del aparato, donde está lo que sería el procesador cuántico que contiene los cúbits y las moléculas. El enjambre de cables, recubiertos de oro para su aislamiento, manda las señales desde el ordenador clásico (0 o 1), se opera con ellas en el chip del procesador (0, 1 o rotaciones de ellos) y después se lee el estado resultante de esas partículas que están en la lámpara. Para poder trabajar a este nivel de estados cuánticos es necesario que la sala esté a una temperatura específica y que no haya ruido.

¿Por qué nos cuesta tanto entender la computación cuántica?

La computación cuántica no es nueva dentro del campo científico, pero dentro del humano sí. Estamos acostumbrados a las tecnologías que hay a nuestro alrededor, como una radio o la televisión, pero en realidad casi nadie entiende tampoco cómo funcionan; nos interesa su fin, no su método. En la computación cuántica pasará lo mismo cuando sea más accesible y todo el mundo hable de ella.  

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Crédito: IBM Research.

La computación cuántica promete resolver problemas hasta ahora considerados irresolubles. ¿A qué se puede aplicar?

Su mayor aplicación potencial son las simulaciones químicas. El premio Nobel de Física y uno de los pioneros de la computación cuántica, Richard Feynman, ya lo propuso. Se dio cuenta de que, como dentro del chip cuántico estamos trabajando directamente con las características físicas de los elementos más básicos, con partículas, es más preciso que hacerlo con ceros y unos. Este es el Santo Grial de la computación cuántica: sintetizar una molécula y conseguir que el propio ordenador se comporte como lo hace la naturaleza.

¿En qué aplicación práctica se traduce esto?

Sirve para mejorar fármacos y crear nuevos. Cuando un paciente ingiere un medicamento, se producen interacciones de moléculas: el fármaco actúa sobre el cuerpo, se absorbe, se disuelve. La mejor forma de ver todo esto es con una simulación; probar las pastillas en laboratorios es más costoso y menos preciso. Gracias a la computación cuántica, pasamos de una modelización matemática con ceros y unos, que implican un error de aproximación, a una modelización real y natural de cómo se comporta la propia materia.

¿En qué otras áreas se puede utilizar?

Los ordenadores cuánticos tienen la capacidad de mejorar los procesos de optimización. Mientras que en uno convencional hay que iterar y buscar todas las opciones, en uno cuántico todo está entrelazado y superpuesto de forma más eficaz. Es como si tuviera el poder de ver a través de los datos. Pueden aplicarse a marketing, para maximizar el impacto de una campaña de publicidad y para estudiar como el cambio de una característica de un producto afecta a un grupo de gente. También en inteligencia artificial, porque el proceso de entrenamiento de los algoritmos de machine learning consiste en minimizar los errores.

 

Los ordenadores cuánticos tienen el poder de ver a través de los datos
Crédito: IBM Research.

A la gente le preocupa que este potencial pueda hackear y anular los actuales sistemas de seguridad.

Por sus características, la computación cuántica hace que se puedan probar todas las posibilidades para desencriptar una fórmula matemática de una forma eficaz; por eso tiene mucho futuro en criptografía. Pero harían falta ordenadores cuánticos mucho más potentes para llegar a romper la seguridad actual y, para entonces, también se habrán creado nuevos protocolos de seguridad basados precisamente en computación cuántica. Por ejemplo, ya hay mucha gente investigando para usarlo en la transmisión de datos de forma segura.

En la página web de IBM dicen que "la computación cuántica es hoy cosa de investigadores, pero en cinco años se popularizará".  ¿Qué va realmente a ocurrir en los próximos años?

Hay grandes compañías, como Samsung y JP Morgan, que ya están colaborando con nosotros en crear nuevos algoritmos y aplicar la computación cuántica en sus campos. Los productos y soluciones que sacarán en cinco años ya estarán tocados por la computación cuántica. En química y medicina es más lento y delicado debido a las regulaciones, pero estamos seguros de que, de una forma u otra, la computación cuántica aplicada a la electrónica afectará al gran público en cinco años.

¿Cuándo llevaremos un móvil cuántico en el bolsillo?

Para que un ordenador cuántico funcione tiene que estar casi en el cero absoluto de temperatura [−273,15 °C] y eso es una limitación física enorme. No sé si en el futuro podremos poner un mini refrigerador en los móviles. De momento, estamos en un paso intermedio entre la investigación y la aplicación, y las técnicas actuales están pensadas para seguir investigando. Sin embargo, puede que la computación cuántica sí esté presente en chips con características cuánticas y en materiales optimizados para las baterías del futuro cercano.

Si al final la computación cuántica resulta ser una promesa fallida y no puede implantarse ni llevarse a una escala mayor, ¿qué pasaría?

La tecnología va a funcionar porque ya lo está haciendo, lo que pasa es que con las características actuales hay más problemas que beneficios y el coste es tan grande que no compensa. Si esto no se pudiera mejorar, tendremos una tecnología que se usará para resolver ciertos problemas, pero no tendrá un impacto tan grande ni tan generalista. Igual que con los supercomputadores: a día de hoy siguen existiendo y se usan para problemas químicos y atmosféricos, aunque la gente de la calle no lo sepa. En cualquier caso, a corto plazo, habrá elementos cuánticos cerca de nosotros.

 

Por Patricia Ruiz Guevara