Cómo los ordenadores cuánticos cambiarán para siempre la computación

“¿La luna existe solo cuando la miramos?”. Es una pregunta atribuida al físico Albert Einstein, con la que mostraba su escepticismo ante la teoría cuántica. Al científico no le entraba en la cabeza que una partícula (o un gato, como ejemplificó Schrödinger) pudiera estar en varios sitios a la vez.

Lamentablemente, no existe una explicación que pueda satisfacer a los más incrédulos ni un símil válido. “Es muy difícil comprenderlo porque no tenemos ninguna muestra en el mundo en el que vivimos. No podemos decir ‘es como si…' porque no hay nada igual”, asegura a Teknautas Juan Ignacio Cirac, uno de los físicos pioneros en el campo de la computación cuántica y director de la División Teórica del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica, en Alemania.

Según las leyes de la física cuántica, que rigen el mundo microscópico, cuando nadie observa una partícula, esta no tiene características definidas y puede presentar todos los valores de las propiedades a la vez. Una extraña particularidad que constituye la base de la computación cuántica y, por tanto, del funcionamiento de los ordenadores cuánticos. Gracias a ella “podemos hacer cosas que no son posibles con los ordenadores normales”, añade Cirac.

La NASA y Google trabajan desde hace poco con un sistema de este tipo – se llama D-Wave 2x − para investigar las posibles aplicaciones de la computación cuántica en inteligencia artificial y aprendizaje automático. La NSA también intenta fabricar uno de estos ingenios para descifrar contraseñas, según reveló The Washington Post.

Es muy difícil comprenderlo porque no tenemos ninguna muestra en el mundo. No podemos decir ‘es como si…' porque no hay nada igual

Pues bien, el primer paso para entrar en el mundo de los ordenadores cuánticos es saber que todavía no existen ordenadores cuánticos. En la teoría todo está muy claro: los científicos saben cómo construirlos, cómo tienen que funcionar y qué programas ejecutar. El problema es que necesitan unas condiciones muy especiales.

“Todavía no tenemos la tecnología para dominar los fenómenos extraordinarios que caracterizan a la física cuántica, de ahí la dificultad de construir un verdadero ordenador cuántico”, explica el investigador. Solo existen pequeños prototipos.

Como los actuales, los ordenadores cuánticos se utilizarán para resolver problemas: predecir el tiempo, buscar en bases de datos... La diferencia radica en el proceso que tiene lugar en su interior. En un ordenador cuántico, la información también se almacena en bits – se denominan bits cuánticos o qubits −, que pueden tomar el valor cero, uno y la superposición de ambos.

Los más veloces

Gracias a esta propiedad, la velocidad de procesamiento supera a la de los aparatos actuales. Cuando escribes y envías un correo electrónico o redactas un texto, tu ordenador realiza miles de cálculos. “Estos problemas sencillos los resuelven muy eficientemente, pero hay otros que ni siquiera los superordenadores serían capaces de solucionar porque requieren una cantidad ingente de cálculo”, indica el investigador.

Todavía no existen ordenadores cuánticos porque, aunque la teoría está muy clara, es difícil alcanzar las condiciones necesarias

La rapidez de los ordenadores cuánticos permitiría completar algunas tareas en un periodo de tiempo razonable. “Hay problemas que los superordenadores tardarían la edad del universo − 13.000 millones de años − en resolver y un ordenador cuántico solucionaría en una hora”, afirma Cirac.

Lo único que sabemos hoy en día, según el experto, es que nos podrían ayudar con una serie de operaciones útiles en distintos campos científicos. Sin embargo, la situación puede cambiar con el tiempo.

El Z1, fabricado entre 1936 y 1938 y considerado el primer ordenador programable de la historia, era una enorme calculadora de 1.000 kilogramos de peso que tardaba diez segundos en hacer una simple multiplicación. Y Eniac, la primera computadora digital electrónica, ocupaba todo el sótano de la Universidad de Pensilvania. ¿Quién iba a pensar entonces que varias décadas después una máquina podría colocarse encima de la mesa y transportarse sin la ayuda de un camión?

“Cuando se crearon estos precursores ni se imaginaba que alguien querría utilizarlos, no había ninguna necesidad”, dice Cirac. “Con el tiempo surgieron nuevas posibilidades y se vio que podían cubrir más campos de los que se creía”.

El aspecto importa

Cuando le preguntamos por su apariencia, Cirac continúa hablando con vistas a futuro: “Es imposible saber cómo serán cuando los construyamos dentro de 20 o 30 años, de la misma forma que hace 50 era imposible saber cómo serían los presentes”.

Fijémonos entonces en los prototipos que existen en la actualidad. En los grandes laboratorios donde se ubican, se encuentran rodeados por otros aparatos electrónicos y equipos de láser que permiten a los investigadores “meterse dentro del mundo microscópico”.

Los pulsos de luz que reciben deben ser perfectos, algo que no resulta fácil de conseguir. “Si el color cambia, aunque sea un poquito, los ordenadores cuánticos no funcionan bien”, dice Cirac. La función de los láseres es leer la información contenida en los qubits. Una vez registrada, se pasa a un ordenador normal y se visualiza en la pantalla.

Los ordenadores cuánticos deben encontrarse en el vacío... o a temperaturas cercanas al cero absoluto

No hay monitores ni discos duros. “Actualmente no hace falta utilizar memorias, todo permanece en el procesador, aunque se están construyendo algunas”, señala el investigador. Se trata de sistemas físicos independientes que almacenan los qubits y pueden estar constituidos por iones o materiales superconductores. También existen los denominados puntos cuánticos, en los que electrones almacenan la información dentro de un sólido, y los centros de color, donde se guarda en átomos de nitrógeno incrustados en diamante.

Pueden distinguirse dos tipos básicos entre estos modelos experimentales y ambos requieren unas condiciones muy específicas. Uno de ellos se basa en el comportamiento de átomos − constituyen los bits cuánticos − que levitan en el espacio y deben mantenerse completamente aislados (no pueden encontrarse con ninguna molécula) en condiciones de vacío. Por ahora, estos prototipos son los más eficientes y precisos, y contienen una mayor cantidad de qubits.

Los que pertenecen a la segunda clase necesitan estar acompañados de equipos que los enfríen hasta temperaturas del orden de - 273°C (“al borde del cero absoluto”, nos aclara Cirac). En este caso, los qubits están fabricados con superconductores, unos materiales que conducen muy bien la electricidad pero solo bajo estas circunstancias.

Cirac destaca dos prototipos como los más avanzados: el instalado en el National Institute for Starndards and Techology, en Estados Unidos, y el de la Universidad de Innsbruck (Austria).

“Sabemos que es factible construirlos, pero hace falta un gran desarrollo tecnológico”, sostiene el español. Aunque algunas predicciones hablan de 20 o 30 años, las estimaciones no son fiables. “Podemos encontrarnos con un hito que acelere el proceso o con un cuello de botella que nos impida avanzar”. En física cuántica no hay spoilers que valgan.