"La carrera en busca del ordenador más inteligente que ha conocido la
humanidad acaba de comenzar. Pero resulta tan prometedora que ya ha
desatado una feroz competición con inversiones millonarias en busca de
la tecnología que lo cambiará todo. Entramos en los laboratorios de
Google e IBM para conocer sus apuestas en esta fascinante nueva era
tecnológica.
El laboratorio está en un lugar apartado, en una pequeña oficina sin identificar. Tiene un aire caótico, antiguo, un poco vintage. Hay
cables sueltos, destornilladores, piezas de ordenador, pizarras con
fórmulas matemáticas, ordenadores desmontados. Y dentro de una campana
roja, conectado con decenas de cables, una especie de imponente
candelabro de medio metro que entona un suave y constante chip, chip, chip. Cuesta creer que en este lugar apartado, a unas dos horas de Los Ángeles, se produjera en octubre un gran hito de la tecnología que saltó a la primera página de todos los diarios.
Aquí, en el laboratorio de computación cuántica de Google en Santa
Bárbara (EE UU), la compañía ha logrado que esa especie de lámpara
gigante realice en 3 minutos y 20 segundos una operación para calcular
números aleatorios que al ordenador más potente del mundo le llevaría
miles de años. Esa lámpara alberga un chip cuántico y su logro
(denominado “supremacía cuántica”) es para el leonés Sergio Boixo, jefe científico de teoría de la computación cuántica de Google,
como el primer vuelo de los hermanos Wright: un hito aún modesto pero
que abre paso a toda una nueva industria que cambiará radicalmente la
sociedad en la que vivimos. Rivales e investigadores independientes
creen que la comparación puede ser exagerada, ya que la revolución
cuántica está aún muy lejos, pero todos los expertos coinciden en que, cuando llegue, lo cambiará absolutamente todo.
Esta es la historia de un
mundo fascinante y misterioso, donde las reglas de la física que
conocemos, esas que rigen el bote de una pelota o la caída de una
manzana, no funcionan. El mundo subatómico es una especie de país de las
maravillas, un lugar minúsculo y extraño donde Alicia podría estar a
caballo entre situaciones aparentemente incompatibles, donde lo que se
hace en un lugar puede afectar instantáneamente a un objeto que está muy
lejos, y donde no se puede mirar impunemente porque esa mirada altera
el objeto observado, como explica Andrés Cassinello, autor de La realidad cuántica.
Y también es la historia de los pioneros que intentan dotar de sentido a
este extraño mundo para fabricar los ordenadores más inteligentes y
potentes que ha conocido la humanidad. En la carrera por la computación cuántica,
países como China y Estados Unidos y empresas como IBM y Google han
invertido miles de millones de dólares en construir un coche que, en el
símil de la carrera, no es que adelante a los demás, es que llegaría a
la meta unos instantes después del pistoletazo de salida. Es lo que
Juani Bermejo, investigadora de la Universidad de Granada, llama
“poderío cuántico”.
La clave para entender esta
revolucionaria tecnología está en la base de su funcionamiento. Los
ordenadores que conocemos funcionan con bits de programación binarios,
“0” o “1”. Pero los bits cuánticos o cúbits tienen tres características
que los hacen especiales. Una es la superposición, por la que dos cúbits
pueden ser las cuatro combinaciones de “0” y “1” a la vez, lo que
multiplica exponencialmente su capacidad de cálculo.
Es algo parecido a
lo que sucede cuando una moneda gira: es una combinación de cara y cruz,
según explica el director de investigación de IBM, Darío Gil.
La segunda idea se llama “entrelazamiento” y es muy romántica: el
estado de cúbits entrelazados no puede ser descrito de manera
independiente. En el ejemplo de Gil, si dos monedas entrelazadas giran,
al medirlas veremos que si una es cara, la otra también lo será, y si
una es cruz, lo mismo será la otra; las probabilidades no son
independientes. Y la tercera idea, la de la interferencia, es como
ocurre con las olas en el mar, que tienen picos y valles, que pueden
interferir en los picos y valles de otras olas, explica Gil.
Esta
combinación tan singular de características, y tan contraintuitiva, hace
que la cuántica no sea una categoría más de la informática que
conocemos. “Es otro mundo, es la primera vez donde se realiza una
bifurcación en la categoría de computación”, explica Gil. “Para mí,
estamos en el momento más emocionante en el mundo de la tecnología de la
información en los últimos 50 o 60 años”, añade este experto murciano,
que es el primer europeo que dirige la potente división de investigación
de IBM en sus 75 años de historia.
Hay cosas que los
ordenadores clásicos hacen muy bien y que los superordenadores hacen
mejor. Pero los ordenadores cuánticos están en otra dimensión, y por eso
no seremos capaces de saber exactamente qué van a poder hacer hasta que
se desarrollen en toda su capacidad. Pero sí podemos intuir en qué
podrían ayudarnos. Los campos más claros son aquellos donde las reglas
cuánticas funcionan al margen de nuestra realidad: la física y la
química.
Los ordenadores cuánticos podrían simular nuevas moléculas para
la industria farmacéutica que nos ayudaran, por ejemplo, a lograr
fármacos en tiempo récord para una pandemia mundial como la de la
covid-19. También pueden mejorar nuestro conocimiento sobre cómo se
originó el universo, descubrir nuevos materiales, mejorar las baterías
de los coches eléctricos, lograr un uso más eficiente de la energía. Y,
aunque no parezca demasiado sexy, otro
ejemplo relevante es mejorar la fijación de nitrógeno para producir
fertilizantes, que genera más del 2% de las emisiones de CO2 del mundo.
La cuestión es que, como explica Boixo, la informática clásica usa el
mismo tipo de reglas desde que se inventó el ábaco. “Hemos tenido,
claro, avances tecnológicos y en ingeniería impresionantes: en un ábaco
tienes unas pocas piezas y las mueves con las manos, y un superordenador
tiene billones de piezas que se mueven miles de millones de veces por
segundo. Pero las operaciones fundamentales son las mismas.
Ahora
tenemos un nuevo método de computación distinto a los métodos con los
que llevamos trabajando 3.000 años”. Gil está de acuerdo: “Hay una clase
de problemas en el mundo que no podremos resolver de manera eficiente
con un ordenador clásico. Ni ahora, ni dentro de 20.000 millones de
años, ni nunca. No estamos diciendo que la cuántica vaya a resolver
todos los problemas que son difíciles, sino que es la única tecnología
que altera lo que es posible resolver”.
Mientras habla, Gil recorre
los pasillos del impresionante edificio de IBM Research en Yorktown
Heights, a una hora y media en coche de Nueva York. Esta mole
gigantesca, a lomos de una colina rodeada de bosques, tiene poco que ver
con el pequeño laboratorio de Google, a 4.700 kilómetros de distancia.
IBM presume también de sus cifras frente a las de su competidor: 109
años de historia, seis premios Nobel, 4.000 personas trabajando en I+D
en todo el mundo (aunque la compañía no aclara cuántas de ellas lo hacen
en su división cuántica).
Tiene 16 sistemas cuánticos en la nube con
220.000 usuarios de más de 100 organizaciones que han escrito más de 225
trabajos científicos con sus sistemas conectados. Y una máquina que
presentó el año pasado, Q System One, y que va a ser instalada en Japón,
como parte de la colaboración con la Universidad de Tokio, y en
Alemania, con el Instituto Fraunhofer.
Al otro lado del país, Boixo
presume de la supremacía cuántica de Google, un logro nunca antes
conseguido. “Comenzamos a hacer cálculos hace ya tres años”, explica.
“La idea era demostrar que realmente existe un método de computación
distinto y que en la práctica sí funciona. Nos parece un hito científico
muy importante en la historia de la computación”.
Ninguna de las cifras de IBM, ni tampoco el logro de Google, impresionan demasiado a Juan Ignacio Cirac.
El investigador español, director del Instituto Max Planck de Óptica
Cuántica, es una de las personalidades más relevantes de la ciencia
cuántica en el mundo. Reflexiona: “Es un momento interesante, muy
interesante, pero lo que tenemos no es todavía la computación cuántica.
Ese momento, que sabemos que tendrá un impacto enorme en la sociedad,
está todavía muy lejos”. Y explica por qué: “Si ha visitado los
laboratorios de Google o IBM, habrá visto que sus chips tienen
muchísimos cables solo para manejar unos 50 cúbits. La clave está en
pasar de 50 cúbits a 50 millones. Y ese momento está muy lejos”.
Para que ese coche de carreras cuántico llegue a la línea de meta cuando
suene el pistoletazo de salida, aún debe superar un camino repleto de
dificultades. Como explica Cirac, el máximo de cúbits alcanzado en este
momento por los chips de IBM y Google ronda los 50. Pero esa cantidad es
aún minúscula.
Y los investigadores no pueden aumentarla sin más. Los
chips cuánticos son de una delicadeza extrema. Están en laboratorios muy
controlados, aislados, rodeados de una tecnología complejísima para
hacerlos funcionar. Antonio Córcoles, investigador del equipo cuántico
de IBM Research en Yorktown Heights, explica en el laboratorio qué es lo
que ocurre en ese hermoso candelabro rodeado de cables: los cúbits
superconductores funcionan con microondas y hay que enfriarlos, ya que
todo calor en el sistema se traduce en ruido que puede producir errores.
El procesador cuántico está en la parte inferior, que es la más fría.
Esta parte está unas 250 veces más fría que el espacio exterior, y esta
temperatura se alcanza progresivamente a lo largo de varias horas desde
temperatura ambiente. De ahí el tamaño del sistema y la cantidad de
cables que lo sostienen. Todo eso significa que no puedes aumentar el
número de cúbits de tu ordenador a lo loco; el problema es hacerlo sin
aumentar también brutalmente su tamaño y el número de cables enchufados a
él, manteniendo la estabilidad y sin incrementar los errores, porque un
ordenador con errores, por muy cuántico que sea, no sirve para nada.
En el laboratorio de Google,
Boixo se muestra de acuerdo: “Para pasar de 50 cúbits a un millón hay
muchos problemas muy difíciles que resolver. Queremos seguir aumentando
ese número, pero el nivel de errores tiene que bajar”. Por eso, los
chips cuánticos aún hacen tareas muy simples; son los bebés de los
verdaderos ordenadores que, según los expertos consultados, podrían
tardar entre 10 y 30 años en llegar. “En tecnología es muy difícil
predecir nada más allá de 10 años”, explica Juani Bermejo, que es
investigadora Athenea3i-Marie (Sklodowska) Curie en computación
cuántica. “Pero las predicciones de cuándo serán útiles los ordenadores
cuánticos requiere que se desarrolle la tecnología de corrección de
errores que aún no se ha desarrollado”. Bermejo insiste: los ordenadores
cuánticos no están volando ni cerca de volar, en la metáfora de los
hermanos Wright que usa Google. “Están en pañales”.
Treinta años son toda
una vida para un individuo. Pero para las grandes empresas, centros de
investigación y Gobiernos significa que el momento para prepararse para
la gran era cuántica es ahora. Federico Carminati es el director de
innovación del CERN, la Organización Europea para la Investigación
Nuclear, el mayor laboratorio de investigación en física de partículas
en el mundo y lo más parecido a una catedral de la ciencia, si la
ciencia creyera en Dios.
El CERN trabaja ya en computación cuántica con
IBM, Google, Intel o Microsoft, y Carminati explica por qué: “Para mí es
como comprar un billete de lotería. Si me pregunta si llegará la
computación cuántica, mi respuesta es que sí. La cuestión es cuándo.
Pero, mientras tanto, es muy importante que al menos unas cuantas
personas en la organización entiendan y conozcan qué es y cómo usar
computación cuántica. Si no llega, será una interesante aventura
intelectual.
Y si llega, estaremos preparados para usarla y explotarla”.
Katie Pizzolato, directora de la red de clientes de tecnología cuántica
de IBM, explica que el trabajo de la empresa con esos clientes que usan
ya su tecnología cuántica en la nube (farmacéuticas, empresas de
automoción, compañías financieras o el propio CERN) es algo distinto del
habitual: “Nos dicen: ‘Estas son las cuestiones que podrían ser
interesantes, valiosas o disruptoras en nuestra industria. ¿Cómo podemos
empezar a afrontar esos problemas desde una óptica cuántica?’. Ha
pasado mucho tiempo desde que en tecnología tenemos una pizarra en
blanco, así que lo que les preguntamos es qué querrían hacer ahora que
no pueden hacer con la tecnología actual. Y empezamos a trabajar”. Para
Ismael Faro, responsable de software y servicios cloud de
IBM Quantum en Yorktown Heights, lo mejor de trabajar día tras día en
un método que aún no está claro para qué va a servir es “compartir
tiempo con gente que tiene pasión por tecnologías que solo hace unos
años sonaban a ciencia-ficción; es como una ventana al futuro”.
Las empresas están
invirtiendo mucho dinero en esta tecnología que además es carísima. Ni
Google ni IBM hacen públicas las cifras de lo que gastan en ella, ni los
clientes que la usan cuentan cuánto gastan, pero basta un dato para
hacerse una idea: el prototipo cuántico 2000Q de la empresa D-Wave
cuesta 15 millones de dólares (algo más de 13 millones de euros). Las
empresas de capital riesgo invirtieron alrededor de 1.oo0 millones de
dólares en empresas recién creadas (start-ups) en
2017, según datos de Statista. También se registraron 925 patentes ese
año relacionadas con tecnología cuántica, el doble del año anterior,
según la misma fuente, lo cual demuestra cómo ha aumentado el interés de
diferentes compañías y empresas en este campo.
El interés ha provocado
también que se intensifique la búsqueda de profesionales cuánticos, que
aún no existen en la cantidad que se reclama: “En algunas empresas han
contratado estudiantes sin doctorado”, explica Bermejo. “Se forma con
relativa lentitud, también porque no hay tantos profesores de
universidad que sepan de esto; hasta hace poco, los cuánticos éramos los
frikis de las universidades.
Hay que formar a gente para que forme a
otros”, añade. Cirac cuenta que en sus centros de formación de Múnich
empiezan a realizar másteres en computación cuántica, y también los
están poniendo en marcha en universidades como Berkeley, Stanford, el
MIT o Harvard. “Los profesionales del futuro tienen que estar preparados
en campos como la física y la computación cuántica. Habrá nuevos
trabajos relacionados con la ingeniería y, más adelante, cuando tengamos
ordenadores cuánticos, incluso la programación”, explica. El español
Paco Martín, líder de desarrollo cloud de
IBM Quantum en Yorktown Heights, recomienda a los jóvenes que quieran
formarse en esta tecnología que “abran su mente, que no piensen de forma
clásica mientras asimilan los conceptos básicos”.
Según la consultora BCG, el
negocio de la cuántica podría alcanzar los 60.000 millones de dólares en
2035 y los Gobiernos no quieren quedarse al margen de esta revolución.
El que va a la cabeza, a gran distancia de los demás, es China. Su
laboratorio para las ciencias de la información cuántica invertirá
10.000 millones de dólares entre 2017 y 2020. Estados Unidos anunció el
año pasado una estrategia nacional por la que invertirá 1.200 millones
hasta 2023. Y la Unión Europea puso en marcha en 2016 una iniciativa que
invertirá 1.000 millones en 10 años. Y es que aquí no se trata solo de
ser el primero en conseguir ordenadores potentes que realicen grandes
descubrimientos; se trata también de ocultar tus secretos actuales a tu
futuro rival cuántico.
La madre del cordero
de la tecnología cuántica es la criptografía. Los sistemas de seguridad
actuales están protegidos por claves criptográficas que pueden ser más o
menos descifrables según su complejidad y lo hábiles que sean los hackers que
tratan de vulnerarlos. Pero la tecnología cuántica cambia completamente
las reglas del juego, así que hay que encontrar un nuevo protocolo de
seguridad que proteja los datos, pero no ya los del futuro, sino los de
hoy.
“Sabemos que la tecnología cuántica es capaz de descifrar los
sistemas de cifrado que se usan ahora mismo; lo sabemos desde hace
mucho, y eso también quiere decir que hemos tenido bastante tiempo para
prepararnos”, explica Boixo. Gil incide en la idea: “El problema es real
y hay que actuar ahora”. El almacenamiento de datos es muy barato, así
que un hacker inteligente
o un Gobierno rival puede almacenar tus datos encriptados y, en el
futuro, utilizar una máquina cuántica para desencriptar tranquilamente
el pasado.
China ya ha anunciado
que quiere ser el líder cuántico en 2035 y está trabajando en una red de
comunicación impenetrable de la que ya ha hecho las primeras pruebas.
Los movimientos chinos han puesto muy nerviosos a algunos senadores
estadounidenses, que han empujado al Gobierno de Donald Trump a realizar
sus propias inversiones.
“De la misma manera en que las armas atómicas
simbolizaron el poder en la Guerra Fría, las capacidades cuánticas
definirán posiblemente la hegemonía en nuestra economía cada vez más
digital, global e interconectada”, ha escrito el senador republicano
Will Hurd en la revista Wired. Por
eso, las empresas llaman a implementar cuanto antes un nuevo protocolo
de encriptación que sea seguro. “Hay una urgencia en cambiar nuestros
datos más sensibles al nuevo protocolo. Cada día que pasa utilizando el
sistema del pasado es otro día que dejas vulnerable a la desencriptación
del futuro”, explica Gil.
Ese nuevo futuro,
cuyas posibilidades empezamos solo a atisbar, puede verse perjudicado
por lo que los expertos denominan el “invierno cuántico”, una caída en
las expectativas e inversiones dedicadas a este negocio si la tecnología
avanza más lentamente de lo que se espera, más aún ahora que se va a
producir una recesión de consecuencias imprevistas debido a la pandemia
del coronavirus. “Creo que puede haber desilusión, y menos dinero,
cuando la gente se dé cuenta de que ocurre lo que los científicos
decimos constantemente, y es que los ordenadores cuánticos cuesta mucho
construirlos”, dice Bermejo.
“La mejor manera de evitarlo es seguir
trabajando en aplicaciones prácticas y un ordenador tolerante a fallos.
Procuramos no esconder las dificultades: estamos al principio de esta
carrera”, dice Boixo. Cirac es más contundente: “Yo estoy convencido de
que el invierno cuántico va a suceder. Esos son los 10, 15 o 20 años de
los que hablamos hasta que tengamos un ordenador. En estos momentos
tenemos lo que los americanos llaman un hype [promoción exagerada] acerca de la computación cuántica. Y luego, con el tiempo, habrá una resurrección”.
Ese hype, que
nadie niega, tampoco oculta la relevancia que va a tener este cambio
tecnológico en la economía, la industria y en nuestras vidas, hasta lo
que Boixo espera que sea “una nueva revolución industrial”. Hasta
entonces, hay algunas tareas por el camino, como la solución de errores
que transforme nuestros procesadores cuánticos bebés en auténticos
ordenadores cuánticos adultos. También habrá que mejorar la formación de
una nueva generación de físicos, ingenieros y programadores.
Y también
hay que reflexionar sobre lo que Bermejo llama “investigación cuántica
responsable, porque la tecnología, si no se realiza de manera humana,
puede acabar mal”. La idea es que no ocurra como con la inteligencia
artificial, lastrada por la ausencia de ese factor humano que explica
que tenga tantos sesgos y carezca a menudo de ética. Pero sean cuales
sean los obstáculos, y sea cual sea el tiempo que se tarde en
esquivarlos, todos los expertos confían en que esta nueva manera de
resolver problemas nos llevará a realizar descubrimientos y alcanzar
logros que nuestra limitada mente de Homo sapiens, que apenas entiende qué ocurre en el pequeño submundo cuántico, ni siquiera es capaz de empezar a imaginar." (Patricia Fernández de Lis , El País Semanal, 21/06/20)
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