Nubes de computación cuántica abiertas para todos en China... China lanza dos plataformas de computación cuántica de uso público

 "China ha lanzado recientemente dos plataformas en la nube diseñadas para que el público en general pueda hacer uso de sus máquinas cuánticas.

Una de ellas es una función añadida al ordenador cuántico más rápido del país, Zuchongzhi 2. La nueva plataforma en la nube fue lanzada por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) con el apoyo de QuantumCTek, con sede en Anhui, y Beijing Zhongke Arclight Quantum Software Technology.

 El otro fue lanzado por la Academia de Ciencias de la Información Cuántica de Pekín (BAQIS), una unidad de investigación científica del gobierno de Pekín. Se conoce como Quafu -pronunciado de forma similar a Kuafu, un gigante mitológico chino que intenta capturar el Sol corriendo tras él, finalmente muere deshidratado y es convertido en guardabosques de montaña. Para los chinos, su historia es un relato de valentía y abnegación.   

Los científicos chinos afirman que estas nuevas plataformas en la nube pueden ayudar a investigadores y estudiantes a experimentar la potencia de cálculo de los ordenadores cuánticos al tiempo que avanzan en su propia investigación científica.

Fan Heng, investigador del Instituto de Física de la Academia China de las Ciencias (CAS), explicó que el sistema en nube Quafu está conectado a un ordenador cuántico de 136 qubits basado en el BAQIS, similar al Zuchongzhi 2 pero con mayor potencia de cálculo.

Heng explicó que el sistema también está conectado a otros dos ordenadores cuánticos de 18 y 10 qubits en el laboratorio del Departamento de Investigación Huairou del BAQIS, en Pekín. Según Heng, a veces se prefiere una máquina cuántica de 18 qubits a las de mayor potencia de cálculo, que, en su opinión, pueden ser más propensas a errores.

"China se había perdido el periodo dorado de desarrollo en la era de la informática tradicional, pero los ordenadores cuánticos nos brindan nuevas oportunidades", afirmó Fan. "El desarrollo de plataformas cuánticas en la nube es un buen punto de partida para que China construya su industria cuántica".

Según BAQIS, Quafu podrá competir algún día con sus homólogos extranjeros. En la actualidad, los principales proveedores de servicios de nube cuántica son IBM Q Experience, Google Quantum AI, Xanadu Quantum Cloud y Azure Quantum de Microsoft.
Ordenadores cuánticos superconductores

Existen tres tipos principales de ordenadores cuánticos:

    basados en electrones (superconductores)
    basados en átomos (átomos fríos o iones atrapados) y
    basados en fotones

En diciembre de 2020, un equipo de investigación del USTC dirigido por el científico Pan Jianwei lanzó Jiuzhang, un ordenador cuántico basado en fotones que puede funcionar a temperatura ambiente. Se dice que es más rápido que el Sycamore de Google, un ordenador cuántico superconductor que necesita trabajar a una temperatura cercana al cero absoluto.
Pan Jianwei. Foto: CCTV

En mayo de 2021, Pan y su equipo lanzaron el Zuchongzhi 2 de 66 qubits, que también utiliza chips superconductores. Mientras que Zuchongzhi 2 es el ordenador cuántico más rápido de China, el más rápido del mundo es el Osprey de 433 qubits lanzado por IBM el pasado noviembre.

 Zhu Xiaobo, profesor de la USTC, declaró el 31 de mayo que su equipo de investigación mejoró el Zuchongzhi 2 añadiendo interfaces de control de 110 qubits acoplados con un sistema en nube recién lanzado, lo que permite a los usuarios manipular hasta 176 qubits.

Zhu afirmó que la plataforma en nube pretende alcanzar el nivel mundial avanzado en indicadores clave de diseño como la conectividad, la fidelidad y el tiempo de interferencia.

El público chino puede utilizar la plataforma en nube para experimentar con la programación de ordenadores cuánticos sencillos y experimentos con imágenes, declaró Peng Chengzhi, vicedirector ejecutivo del proyecto y presidente de QuantumCTek. La plataforma se conectará a más ordenadores cuánticos en el futuro, añadió.

Alrededor del 40% de los expertos en tecnología creen que los ordenadores cuánticos basados en electrones serán los que tengan más probabilidades de éxito en la próxima década, mientras que el 35% cree que estarán basados en átomos y el 26% en fotones, según una encuesta realizada por Arthur D Little, una consultora de gestión con sede en Bruselas.
Sanciones cuánticas

El pasado mes de octubre, la administración Biden anunció su decisión de bloquear las exportaciones de piezas y software de computación cuántica a China.

En noviembre de 2021, la Oficina de Industria y Seguridad (BIS) del Departamento de Comercio de Estados Unidos sancionó a 28 organizaciones de China, Rusia, Pakistán, Japón y Singapur para evitar el desvío de tecnologías estadounidenses a China y Rusia para uso militar.

Algunos medios de comunicación chinos afirmaron que China no puede producir semiconductores tradicionales de alta gama debido a las sanciones estadounidenses, pero que sí puede fabricar chips superconductores. Afirmaron que China puede superar a Occidente en computación cuántica, igual que "adelantar a los demás en una curva" en las carreras de coches.

El 1 de febrero, la empresa china Origin Quantum Computing Technology declaró haber entregado un ordenador cuántico de 24 qubits, conocido como Benyuan Wuyuan. Al parecer, utiliza tecnología de chip superconductor de desarrollo propio.

 Sin embargo, algunos comentaristas chinos creen que será difícil para China eludir las restricciones estadounidenses.

Un columnista especializado en tecnologías de la información de Hunan afirma en un artículo que China aún no ha logrado grandes avances en el desarrollo de su litografía autóctona por haz de electrones, una herramienta esencial para fabricar chips superconductores.

Según él, aunque China pueda producir algunos chips superconductores, seguirá necesitando importar refrigeradores extranjeros de dilución de helio líquido para mantener sus chips a temperaturas iguales o inferiores al cero absoluto. Según él, los refrigeradores de dilución chinos no están a la altura de los extranjeros.

Bluefors Oy (Finlandia), Oxford Instruments NanoScience (Reino Unido) y JanisULT (EE.UU.) son los tres principales proveedores de refrigeradores de dilución, con una cuota conjunta del 70% del mercado mundial, según los medios de comunicación."              ( Jeff Pao, Asia Times, 06/06/23; traducción DEEPL)

Como lo vemos ahora en la guerra de Ucrania, en la que usan muchos drones: qué hacemos cuando los drones empiecen a hablar los unos con los otros. Ahora son tontos, pero imagínate cuando empiecen a ser más listos: Amazon con drones inteligentes. Por eso hay que hablar de esto, porque la gente tiene que empezar a reaccionar, hay que controlarlo; Amazon y Google no pueden ser los dueños de nuestras vidas... si la gente está viendo que se usa en contra de ellos, reaccionará contra los abusos de la tecnología y terminará con la ciencia

 "Conversar con Sonia Contera es como entrar en la Wikipedia buscando información sobre virus y empezar a pinchar en enlaces guiado por la curiosidad hasta acabar, una hora después, leyendo sobre Foucault. El filósofo francés, el origen de la vida en la Tierra, la ingenuidad de Elon Musk, las propiedades de la simetría, el entrenamiento de los drones que se usan en Ucrania, la innovación bélica japonesa y el futuro de los chips se mezclan en su discurso y siempre con motivo y fundamento. Contera, madrileña de 52 años, tiene un saber enciclopédico porque le “divierte”, pero también por la disciplina en la que trabaja: la nanotecnología. En el mundo nanométrico, lejos de los estereotipos de robots diminutos que navegan por el torrente sanguíneo, viven en la vanguardia de numerosos campos.

Especialistas como Contera, catedrática de la Universidad de Oxford, se asoman al precipicio de la física (su formación original), la biología, la inteligencia artificial, la medicina... Y por eso escribió el libro Nano comes to life (La nanotecnología cobra vida, Princeton University Press), para explicar lo que hay en ese mundo. A esa escala —un pelo mide 80.000 nanómetros de ancho—, tienen leyes muy distintas, pero también la respuesta a las enfermedades (como en las vacunas que tumbaron la covid) y a la computación cuántica. Y a Contera, que pasó por Madrid para debatir sobre desinformación y ciencia bajo el paraguas del Parlamento Europeo, le preocupa lo que pueda ocurrir en el futuro con esas tecnologías tan complejas. Por eso reclama que la ciencia entre en la conversación social, para que la ciudadanía también pueda entender y tomar decisiones, más allá de los despachos de Silicon Valley: “Es peligroso cuando los científicos no reflexionan sobre la ciencia”.

Contera, que se crió en Fuerteventura, habla idiomas tan lejanos como el ruso, el chino, el checo, el japonés, el danés y el alemán, los de aquellos países en los que ha trabajado. Por eso, su lectura de la ciencia es global y muy pendiente de los equilibrios de poder mundiales, que quedarán determinados por quienes salgan victoriosos de esa carrera geoestratégica que se celebra en el universo nanométrico. “Es la revolución de los materiales, de la medicina, de los chips, de los biocomputadores. Hay mucha geopolítica y el problema para Europa es que no tenemos estrategia”, lamenta.

Pregunta. En la nanotecnología, por lo que cuenta en su libro, confluyen ahora la vanguardia de muchas disciplinas.

Respuesta. Ese es el punto en el que estamos en el siglo XXI. La ciencia es tan competitiva que no nos dábamos cuenta de que las cosas están confluyendo. La medicina, por ejemplo, es una fuerza muy poderosa para la convergencia, porque claro, nuestro cuerpo lo crea el universo, no lo crea el Departamento de Bioquímica. Así que por mucho que nos empeñáramos en la primera mitad del siglo XX en reducir todo a moléculas y genes, la biología no funciona así y por eso la mayoría de los tratamientos de enfermedades complejas han fallado. Y ahora empezamos a buscar soluciones como las inmunoterapias, que son mucho más complejas. Para resolver los problemas del siglo XXI no nos queda otra que converger. Por ejemplo, otro problema que está empezando a surgir ahora, los chips. Los necesitamos, porque las computaciones que usa la inteligencia artificial necesitan millones y millones y millones de operaciones. Necesita tantas que ya no podemos hacer las computaciones, porque para entrenar a una inteligencia artificial necesitas 2 millones de dólares solo en la cuenta de electricidad. Nuestros procesos, que son todos muy reduccionistas, se acaban. Y hay que empezar a buscar otras estrategias que son las que usó el universo para crear inteligencia o para crear materia viva.

P. En el mundo de la escala nanométrica se rigen por otras leyes.

R. Es la energía y la estructura. Ese es el punto de por qué la vida surge a la nanoescala. Uno de las grandes descubrimientos de la física del siglo XX es darnos cuenta de que el universo a cada escala se comporta de manera diferente y por motivos que no entendemos; es la manera en que funciona. La vida surge en la Tierra hace 4.000 millones de años, que es la tercera parte de la de la edad del universo, y todo este tiempo se ha dedicado a la evolución. Es mucho tiempo. La única verdad de la física en realidad es que la entropía, que los sistemas se desordenan cuando tienen energía. Pero nosotros somos lo contrario. La vida es el orden. ¿Y cómo se crea esto? Solo se puede hacer nanoescala, porque cuando eres tan pequeño que una molécula de agua te puede mover y ese movimiento puede hacer que tu atrapes otra molécula y la dobles y crees una reacción química. En la nanoescala, la mecánica, la electricidad, la química, está todo acoplado. Eso tiene muchas posibilidades tecnológicas, pero también es muy interesante reflexionar sobre nosotros mismos, cómo funcionamos.

 P. Habla de cuestiones casi filosóficas, aunque nanotecnología suena a robotitos que van por la sangre. ¿Para qué servirá realmente?

R. No, los robots no, eso no va a funcionar así. Eso no existirá. La nanotecnología es la evolución de las vacunas por nanopartículas de ARN, como las de la covid, que van a dar un gran salto cualitativo para el tratamiento del cáncer, y la revolución de las inmunoterapias. Los biosensores, por ejemplo, porque nos hemos dado cuenta durante la pandemia lo importante que es tener detectores de bacterias o de virus y detectarlos rápido y detectarlos bien. Ahí la nanotecnología es clave porque tenemos que detectar las estructuras de la biología, que son a la nanoescala: las proteínas, los ADN, las moléculas. La reparación de tejidos: también es un proceso nanotecnológico, por las proteínas que necesitamos para regenerar los materiales. Y otro cambio es que vamos a empezar a ver computadores analógicos y olvidarnos un poco de las computadoras digitales: las arquitecturas de los ordenadores del futuro y los vehículos autónomos. La computación que hace falta en un vehículo autónomo tiene que ser en cierta parte analógica y quizás sea biológica o inspirada por la biología y necesitará de la capacidad de la nanotecnología para crearla. Los primeros computadores que se llaman neuromórficos que usan chips como una especie de simulador de neuronas, ya los están haciendo bastante avanzados. Y eso nos va a sugerir muchos problemas sociales y de seguridad. Como lo vemos ahora en la guerra de Ucrania, en la que usan muchos drones: qué hacemos cuando los drones empiecen a hablar los unos con los otros. A mí esto me da mucho miedo, da pánico [risas]. Ahora son tontos, pero imagínate cuando empiecen a ser más listos: Amazon con drones inteligentes. Por eso hay que hablar de esto, porque la gente tiene que empezar a reaccionar, hay que controlarlo; Amazon y Google no pueden ser los dueños de nuestras vidas.

P. En el libro explica que al ignorar las leyes del mundo nanométrico, el enfoque de la biología ha sido muchas veces como intentar calcular la posición de las estrellas sin conocer las leyes de la gravedad.

R. Uno de los problemas que hemos tenido es la separación de las disciplinas. No pasa en España, pero muchos biólogos no tienen casi educación ni en física ni en matemáticas y eso va a poner en peligro sus profesiones. Una de las cosas que hace la física es usar la intuición, que es una especie de inteligencia analógica. Crear intuiciones sobre la realidad es lo que nos permitió entender la gravedad o entender la mecánica cuántica. Explicaciones que después de mucho pensar y sentir un problema se te ocurrían y luego podías comprobar con experimentos. En el mundo de los datos mucha gente está intentando que no haya que tener esa intuición, que no haya que pensar, que simplemente la inteligencia artificial nos vaya a dar las claves de cómo resolver problemas. Muchos biólogos o sociólogos o economistas quieren saltarse el paso de la intuición del modelo y que la máquina te lo resuelva todo. Y hay dos problemas. Primero, la máquina no puede con tantos datos, es imposible. Y que en el fondo siempre la realidad es mucho más interesante y con mucho más sentido y más profunda de lo que queremos. Siempre intentamos reducir todo a procesos que podamos controlar, pero al final hay algo maravilloso en el universo que nos fuerza otra vez a sufrir contra el problema y a crear esa intuición. ¿Podemos crear intuición en una máquina? Nos queda mucho para eso. El asunto es que queremos resolverlo todo con datos, pero no se puede. Yo supongo que para bien, porque al final siempre nos estrellamos contra la complejidad de la realidad. Hay que ser más humilde. La realidad te sobrepasa.

P. Cita el ejemplo de la inteligencia artificial de Google DeepMind que ha sido capaz de predecir la forma de las proteínas, un hito histórico de la biomedicina.

R. Pero no es la inteligencia artificial la que domina este programa. Cuando llegó DeepMind, ya estaba todo hecho, lo único que hicieron fue mejorar el algoritmo con su capacidad de optimización. El programa se ha desarrollado durante 20 o 30 años por mucha gente y lo más interesante es que se dieron cuenta de que para poder entender la forma de la proteína había que tener en cuenta su historia evolutiva. No solo con saber la estructura, los componentes, la puedes doblar. Y eso es una manera nueva de hacer matemáticas. La idea de que debes tener en cuenta la historia evolutiva. Eso abre la capacidad de la fabricación total, porque empezamos a poder crear proteínas sintéticas. Y cuando creas proteínas, ya eres capaz de crear cualquier forma con precisión atómica a la escala nanoscópica: para hacer materiales nuevos, hasta para hacer computadores cuánticos, que es lo que yo estoy pensando. Y también aprenderemos los límites de la estructura de la proteína, de la evolución, cosas que no han evolucionado por restricciones físicas. Va a abrir muchas preguntas sobre lo que es posible. En la física, en lugar de dedicarnos a la forma del universo, empezamos a dedicarnos a la vida, la forma de la que surge, porque la vida es una computación, es un proceso de información. Todo esto es muy nuevo y todo esto está convergiendo con las nuevas ciencias de computación, está transformando mucho cómo vemos la realidad. Y cómo nos entendemos a nosotros mismos.

P. ¿Alguna de estas novedades le ha sorprendido?

R. Siendo físico te crees cualquier cosa. Una vez que te tragas la mecánica cuántica ya no hay sorpresa [risas]. La idea de que uno puede diseñar proteínas en el ordenador y hacer que una bacteria te las fabrique para crear, por ejemplo, una vacuna del covid. Ya hay una, que ya ha aprobado los ensayos clínicos. Y empiezan a crear en el laboratorio materiales que evolucionan. A mí eso me parece flipante.

P. Pero también escribe que esta capacidad para transformar la vida puede tener consecuencias para la identidad humana.

R. Hasta ahora lo que hemos hecho es usar la naturaleza como algo inextinguible. Ya sabemos que no lo es, hemos llegado al momento de la destrucción. Y creo que esta manera de pensar nos la estamos empezando a aplicar a nosotros mismos. Y lo haremos mal. Lo haremos tan mal como lo hemos hecho con el resto del planeta, porque la vida humana son 4.000 millones de años de evolución y entendemos muy poco. A lo mejor somos capaces de modificar una proteína, pero no entendemos cuáles son las relaciones complejas entre todo esto, incluso si es posible entenderlo. Hasta ahora hemos usado la tecnología sin responsabilidad, y llegamos al momento decisivo: ¿somos capaces de usar la tecnología de una manera madura y responsable y ser más humildes o nos autodestruimos? Queremos intervenir en enfermedades genéticas en las que un solo gen, que no hay muchas así, se puede modificar y mejorar mucho la vida de una persona. Pero para ir más allá debemos tener un diálogo social cada vez más fuerte con la ciencia. La ciencia es un pilar central de la democracia. Es un pilar central de la sociedad. Desde el siglo XIX ha transformado como vivimos y aun así no está metida en todas las instituciones de gobernanza y la mayoría de las noticias no incluyen esa perspectiva. La ciencia tiene que entrar en nuestra manera de pensar porque si no, nos autodestruimos. Y ese es el reto que tenemos delante. ¿Qué hacemos con todo esto? Tenemos la capacidad de crear un mundo interesante en que la gente pueda ser libre o el horror. Es lo que tenemos siempre: la fuerza de ser libres, pero a la vez la responsabilidad de hacer las cosas bien.

 P. Gran parte de los esfuerzos en el desarrollo de la inteligencia artificial están dirigidos por grandes compañías tecnológicas, que roban cerebros a la academia, ¿también en nanotecnología?

R. Se va mucha gente, por los sueldos en el mundo académico y la competencia ridícula entre investigadores, que no tiene ningún sentido. La gente en mi campo se empieza a ir a Amazon y Google.

P. ¿Y qué hacen allí?

R. Pues por ejemplo, yo ahora estoy desarrollando nuevos materiales para los electrodos que se implantan en los ratones, intentando mejorar el sistema para que el ratón no los sienta. Y quizá se puedan usar en el futuro, en el cerebro de gente con dolencias. Yo, usando nanotecnología, los voy a hacer de celulosa. La celulosa será el material del futuro porque es el polímero más abundante en la Tierra y aunque parece una cosa muy simplona, la que forma la estructura de las plantas, es un nanomaterial que a la escala nanométrica es muy duro, tiene muchísima dureza, tiene unas propiedades mecánicas de acero y además, une las propiedades eléctricas a las propiedades mecánicas. Si un día me harto de dar clases y de trabajar 16 horas al día y de ir detrás de todo el mundo como un perro porque soy española y mujer en la física, pues me voy con Elon Musk. Que está haciendo la basura esta del Neuralink [una empresa que tiene como objetivo conectar cerebros humanos y máquinas], que gracias a Dios no va a funcionar [risas]. Porque es una gran basura lo que está haciendo, menos mal. Pero es un problema. Estas empresas tienen unos líderes con unas agendas bastante naif, viven unos mundos muy especiales.

 P. Les faltan lecturas.

R. La gente reaccionará contra los abusos de la tecnología y terminará con la ciencia. O sea, si la gente está viendo que se usa en contra de ellos, ¿por qué fiarse de esta gente? Los movimientos antivacunas, en parte, surgen de eso. Y al final acabaremos con la ciencia. Va a ser un gran reto, porque estas empresas de California son muy peligrosas. Y van a arrastrar a un montón de científicos, se van a llevar a mucha gente. Empieza a haber un éxodo de científicos de la academia bastante pronunciado, es otro reto del que hay que informar."                   (Javier Salas, El País, 27/05/22)

Aquí empieza la revolución cuántica... “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”

"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) 

¿Desde cuándo existe el espacio-tiempo? El espacio-tiempo como lo entiende la ciencia es un modelo que combina ambos conceptos como un único continuo inseparable en el que ocurren todos los sucesos físicos del universo

 "El espacio tiempo descrito por la física actual empezó justo después del Big Bang. Pero vayamos por partes, el espacio-tiempo como lo entiende la ciencia es un modelo que combina ambos conceptos como un único continuo inseparable en el que ocurren todos los sucesos físicos del universo. 

 

Por lo que respecta al Big Bang, es la gran explosión con la que empezó el cosmos. Pero el Big Bang es lo que en ciencia conocemos como una singularidad, que significa que la física, tal y como la conocemos, ahí no funciona. Así que ni siquiera podemos hablar de espacio-tiempo en ese momento.

 

Pero sí podemos hacerlo a partir de una infinitésima fracción de segundo después. Y eso es así porque a partir de entonces ya tenemos un lenguaje para hablar de ello. Ese lenguaje son la física y las matemáticas que nos permiten explicarlo, modelarlo y discutir sobre ello. Ahí, tras esa infinitésima fracción de segundo después del Big Bang empezó el espacio-tiempo. Por entenderlo todo un poco mejor hay que comprender que, en la singularidad, el universo era muy, muy pequeño. 

 

Era tan pequeño que la física clásica no nos sirve para analizarlo, necesitamos la física cuántica. A la vez era también muy masivo, contenía todo lo que conocemos del cosmos hoy y todo lo que el cosmos contendrá siempre. Para entender la aparición del espacio-tiempo necesitamos la teoría de la relatividad general de Einstein. Pero aquí tenemos un problema, no podemos simultanear ambas teorías físicas, la cuántica y la relatividad general, en las condiciones del universo en ese momento. Las dos teorías no casan y no disponemos de lo que se denomina una teoría unificada, es decir, un modelo que las una.

 

Las condiciones del cosmos en el momento del que estamos hablando, si miramos su tamaño, sería de 0,00000000000000000000000000000000001 metros (0, seguido de 34 ceros y un uno) que era el espacio que ocupaba el cosmos en la fracción de segundo cuando se inició el espacio tiempo. En cuanto al tiempo, esto ocurría a los 0,0000000000000000000000000000000000000000001 segundos después del Big Bang (0, seguido de 42 ceros y un uno).

 

Entre ese momento y 0,00000000000000000000000000000001 segundos tras el Big Bang (0, seguido de 31 ceros y un uno) tenemos fuertes indicios de que se produjo una expansión súper acelerada. No conocemos bien la física de esta expansión, no tenemos todavía una teoría bien definida pero sí suficientes indicios para pensar que en ese intervalo el espacio tiempo se extendió muchísimo, tanto como para alcanzar el tamaño aproximado de una naranja. Ya a partir de ese momento sí tenemos una descripción muy buena de todo lo que le ha pasado al cosmos en los 13.800 millones de años que han transcurrido desde entonces.

Así que para responder a tu pregunta te diré que el espacio-tiempo comenzó tras esa mínima fracción de segundo después de producirse el Big Bang."

 

(Licia Verde es cosmóloga y física teórica, profesora ICREA en el Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona. El País, Licia Verde, 19/08/20)

China crea un sistema de comunicación cuántica desde el espacio imposible de espiar. El país asiático transmite claves secretas desde un satélite a dos estaciones terrestres separadas por más de 1.000 kilómetros, 10 veces más que lo conseguido hasta ahora

"China muestra hoy su poderío tecnológico con un hito que tiene grandes implicaciones geoestratégicas: la pulverización del récord de distancia de comunicación cuántica.

Un equipo de científicos del país asiático anuncia hoy la primera transmisión simultánea de un mensaje cifrado con tecnología cuántica que se ha enviado desde un satélite espacial hasta dos telescopios terrestres separados por 1.120 kilómetros, una distancia unas diez veces mayor a la lograda hasta ahora.

Los fenómenos cuánticos se originan a escalas microscópicas pero pueden tener importantes efectos en el mundo visible. Dos partículas pueden estar entrelazadas de forma que lo que le pasa a una le pasa instantáneamente a la otra, aunque estén separadas por miles de millones de kilómetros. Si alguien intenta observar estas partículas durante su transmisión su estado cambia y el entrelazamiento queda roto. Esta propiedad permite crear un sistema de comunicación teóricamente imposible de violar o hackear, pues la mera observación por parte del espía destruye el mensaje.

Desde hace años China, Europa y EE UU planean desarrollar redes de comunicación cuántica para enviar mensajes oficiales o establecer sistemas de ciberseguridad en instalaciones estratégicas.

En un estudio publicado hoy en Nature los científicos chinos detallan la transmisión de una clave secreta escrita con pares de fotones —partículas de luz— entrelazados. Los fotones los emite el satélite Micius que orbita a 500 kilómetros de la Tierra hasta dos instalaciones terrestres construidas ex profeso en las localidades de Delingha y Nanshan, separadas 1.120 kilómetros. El uso de un satélite es crucial, pues la transmisión de estos mensajes usando fibra óptica pierde muchos fotones de forma que harían falta repetidores cada 100 o 150 kilómetros aproximadamente. Y un repetidor, con todos sus componentes mecánicos, puede ser hackeado.

Cada bit de información se codifica usando dos fotones entrelazados. En esta ocasión los chinos muestran la transmisión segura de una clave secreta de 372 bits. La clave puede servir para descifrar un mensaje encriptado que se ha podido transmitir por cualquier otra vía, incluido internet o telefonía.

En su trabajo los investigadores chinos ponen su sistema a prueba de diferentes tipos de ataques y muestran que es seguro. La velocidad y eficiencia es 100.000 millones de veces superior a la de la fibra óptica terrestre. “Nuestro trabajo sienta las bases de una red de comunicación cuántica global”, resaltan los responsables del estudio.

“Nadie había conseguido hacer esto a una distancia tan grande”, resalta Juan José García-Ripoll, experto en comunicación cuántica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). “No se trata de un protocolo nuevo, pero han conseguido algo único desde el punto de vista técnico. China se coloca a la cabeza de este campo”, resalta.

El país asiático lleva años invirtiendo grandes sumas de dinero en nuevas tecnologías de comunicación cuántica tanto espacial como terrestre. En esta última ya había conseguido conectar Pekín y Shanghái con una red de fibra óptica para la transmisión de claves cuánticas. Además el país ha conseguido récords anteriores en comunicación desde el espacio, como la transmisión en 2017 de una clave cuántica que permitió mantener una teleconferencia inhackeable entre Viena y Pekín, a más de 7.000 kilómetros de distancia, usando también el satélite Micius.

“La diferencia es que en este caso el satélite actuó como una caja fuerte que guarda la clave mientras se desplaza del punto A al B y durante ese tiempo es vulnerable al espionaje”, explica Valerio Pruneri, investigador en el Instituto de Ciencias Fotónicas, en Barcelona. Pruneri es el contacto en España de la red internacional de países europeos que lleva algo más de un año dándole forma a un gran proyecto de la Unión Europea para crear una red de comunicación cuántica segura a nivel europeo en una década.

“Esta es aún una carrera científica pero cada vez está más claro que cada continente necesita su propia red, no pueden depender de otros para adquirirla”, resalta Pruneri. El investigador recuerda que el concepto de la comunicación cuántica se acuñó en Europa y aquí es donde se hicieron los primeros experimentos fundamentales, pero desde hace años China está apostando muy fuerte por dominar esta tecnología. El responsable del sistema de comunicación cuántica chino, Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, se formó en la Universidad de Austria a finales de los 90 antes de regresar a su país para poner en marcha el desarrollo de esta tecnología.

“Es una buena noticia que China haya conseguido esto porque muestra la viabilidad tecnológica”, opina Pruneri. “Esto debería empujar a Europa para desarrollar su propia red con tecnología propia”, resalta.

El próximo gran hito sería usar satélites geoestacionarios, cuya órbita a unos 35.000 kilómetros de la Tierra permitiría aumentar la distancia a la que pueden enviarse mensajes cifrados con tecnología cuántica, algo que Europa planea hacer dentro del programa SAGA de la Agencia Espacial Europea."                (Nuño Domínguez, El País, 16/06/20)

El español que diseñó el mayor hito de la computación cuántica

"Un ordenador cuántico puede funcionar mejor que un supercomputador convencional. Esta frase, tan sencilla de escribir, es una proeza que ha llevado décadas de trabajo y contribuciones de docenas de investigadores. La comunidad científica intuía que se podía alcanzar, pero nadie había cruzado esa frontera. 

El pionero que planeó el camino es un informático cuántico español de Google, Sergio Boixo: “Estamos explorando nuevas fronteras científicas donde nunca hemos hecho experimentos antes, nos sentimos pioneros”, dice en conversación con EL PAÍS desde Mountain View (California).

La computación cuántica ha vivido una de las semanas más movidas de su historia. El equipo de Google ha anunciado oficialmente que ha logrado la supremacía cuántica: conseguir que un ordenador cuántico haga en unos minutos algo que a un superordenador convencional le llevaría miles de años. Su gran competidor comercial, IBM, ha puesto en duda la magnitud del hallazgo, pero en la comunidad científica hay pocas dudas de que el paso es un hito indudable en ese campo. “El logro científico es enorme si se mantiene, y creo que lo hará”, dijo Scott Aaronson, científico de computación de la Universidad de Texas, en un artículo en Nature.

“Diseñé la parte teórica del experimento”, explica Boixo. “Empezamos a trabajar hace unos cuatro años. Queríamos demostrar que un ordenador cuántico fundamental puede ser más rápido que los mayores superordenadores del mundo”. Ningún humano había hecho antes algo así. Es como mirar el futuro desde un lugar donde todo lo que hay delante es oscuridad. Boixo llevaba la linterna para encontrar el camino: “Tienes que diseñar una medida para comprobar que el ordenador cuántico funciona bien. Es difícil cuando estás construyendo ordenadores cuánticos cada vez más potentes para hacer algo que no se ha hecho nunca”, añade.

Cuando alguien está en la frontera de lo conocido, por definición no sabe qué hay más allá. Puede de hecho haber “sorpresas fundamentales”, una pared impenetrable puesta ahí por la naturaleza: “Según todas las teorías que conocemos y los desarrollos de los pioneros de la computación cuántica, no conocíamos ningún obstáculo. No obstante, a medida que avanzas en los experimentos y aplicas teorías científicas donde nunca se han aplicado siempre existe la posibilidad de que haya una sorpresa fundamental”.

Un día, de hecho, sintieron que algo así podía estar ocurriendo. "Cuando empezábamos a recoger datos y queríamos ver una curva predicha por la teoría, de repente los datos experimentales empezaron a bajar y en aquel momento una de las opciones que pensamos es que quizá el experimento no funcionaba. En el peor de los casos nos encontramos nueva física, pensamos. Pero lo decíamos un poco en broma, en realidad estábamos preocupados por si no salía", explica.

La magnitud de los experimentos que manejaba el equipo de Boixo es un salto extraordinario respecto a labores previas: "Los experimentos anteriores han demostrado que la computación cuántica funciona con una complejidad de mil estados y en este experimento hemos explorado una dimensión de 10 billones de estados. Hemos movido el orden de complejidad por un factor de 10.000 millones y debe comprobarse experimentalmente".

Boixo, cuyo título oficial es jefe científico de teoría de computación cuántica, era el jefe de los programadores del ordenador de Google, pero el aparato en sí estaba en Santa Barbara. Boixo había creado las "instrucciones", pero el "vehículo" experimental que le permitía avanzar lo había hecho otro equipo de Google.

Boixo llegó a Google en 2013 y fue solo el segundo o tercer miembro del equipo de computación cuántica, que tiene la sede en Los Ángeles. La unidad era teórica pero, siendo Google, en seguida pensaron que había que ponerlo en práctica. Ahí es cuando ficharon al equipo de John Martinis en Santa Barbara, porque "tenían qubits con muy buena calidad". Los qubits (quantum bits) son la unidad que mide la capacidad de un ordenador cuántico.

El viaje de Boixo hasta la cima cuántica empezó en León en 1973. En su familia había tradición: su padre, Ignacio, se encarga de sensibilizar a la plantilla del Banco de España sobre la importancia de la ciberseguridad; su abuelo fue un veterinario pionero en León; su abuela era una apasionada de la química, y su tío trabaja en un centro de investigación en León. Él también empezó pronto: “Recuerdo leer libros científicos de divulgación de Isaac Asimov cuando tenía 12 o 13 años. A medida que iba creciendo iba leyendo cosas cada vez más técnicas”, explica.

“Siempre he tenido la vocación, pero todo en esta vida requiere esfuerzo”, añade. Una compañera de la facultad evoca la mochila de Sergio. Siempre iba con libros científicos encima, aún hoy. Su padre recuerda decirle en un viaje a un festival étnico en Cáceres: “Sergio, no sé como puedes seguir estudiando en estas condiciones. Son las dos de la mañana, tienes solo una luz que alumbra menos que un mechero y esto es una discoteca”.

Para qué sirve un ordenador cuántico

Cuando Boixo empezó a principios de siglo en la computación cuántica no estaba convencido de que vería un ordenador de ese tipo en su carrera: “Seguro que no pensaba que en 2019 íbamos a ser capaces de estar sobrepasando las capacidades de los superordenadores más grandes. Ha avanzado más rápido de lo que esperaba”, dice. El experimento de Boixo ha logrado que un ordenador cuántico haga un cálculo concreto sin errores.

“Siempre he creído que los ordenadores cuánticos van a ser una realidad y van a tener un gran impacto. Y lo he pensado porque unen las dos revoluciones tecnológicas más importantes de la segunda mitad del siglo XX: la computación y la tecnología cuántica”, dice. Los beneficios que han traído los ordenadores son obvios, pero sin principios basados en física cuántica tampoco tendríamos semiconductores, láseres o pantallas planas.

Cuando los ordenadores cuánticos sean programables y funcionen a pleno rendimiento, su capacidad será difícil de imaginar hoy. Boixo espera una segunda revolución industrial de mayor eficiencia energética que ayude a combatir el calentamiento global: “Habrá 8.000 o 9.000 millones de personas en el mundo y con las tecnologías que tenemos ahora no todos podemos disfrutar de un estilo de vida occidental. Con computación cuántica creemos que a largo plazo se pueden simular procesos químicos, físicos.

El calentamiento global es un problema de energía y la energía es física y química. Ahora estamos un poco ciegos porque hay cálculos que no podemos hacer con la computación clásica”, explica Boixo. La computación cuántica puede permitir crear mejores baterías, materiales más ligeros que gasten, por tanto, menos energía.

Número uno en ingeniería

Esa mentalidad le llevó a ser el número uno de la primera promoción de Ingeniería Informática de la Complutense en 1996. Su compañera le recuerda leyendo el periódico en clase. Boixo se explica: “Siempre me ha gustado estudiar por mi cuenta. Muchas veces llegaba a clase y ya había leído el libro que tocaba u otro parecido y a veces estaba en el fondo de clase, prestaba atención pero podía tener un periódico delante porque repasaban algo que ya había leído”, dice.

Su faceta vocacional no le cerró el paso al deporte o a las locuras de la juventud. Una vez en pocas semanas cambió de color de pelo y barba tres veces: de amarillo pollo a azul y luego, morado. “De tanto cambio se me cayó el pelo de la barba”, recuerda. Mientras estudiaba informática, se licenció en Filosofía y Matemáticas por la UNED. Antes de volver a la investigación, pasó por la empresa privada e instituciones públicas porque quería ahorrar antes de empezar el doctorado. “Estuve en el Banco Central Europeo de prácticas. Me ofrecieron un trabajo estupendo, pero yo quería perseguir inquietudes más científicas. Si me quedaba, esa iba a ser mi trayectoria profesional”, dice.

Antes de empezar su doctorado en la Universitat Autònoma de Bellaterra (Barcelona), Boixo vivió cerca de un año en Egipto. Quería vivir en otras culturas antes de casarse. Durante la conversación destaca el apoyo que recibido de su mujer durante los difíciles inicios de su carrera académica, con quien tiene tres hijos. Pero Boixo insiste también en recordar el papel de otros investigadores cuánticos españoles: Darío Gil, hoy su competidor en IBM; Ignacio Cirac, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, o Diego Porras y Juanjo García Ripoll, del CSIC.

En Barcelona, aprendió física cuántica con el profesor Albert Bramon: “Me enseñó en verano, en su tiempo libre. Me dijo que me leyera un libro y fuera a verle por las tardes”, dice. Al año, le dieron una beca de La Caixa y en 2004 viajó a Estados Unidos para no volver. Fue al California Institute of Technology con John Preskill, que fue quien acuñó el concepto de supremacía cuántica. Después de un año en Harvard, recaló en la Universidad de Southern California, donde trabajó con una máquina considerada el primer procesador cuántico comercial. “Yo fui el primer programador cuántico que contrataron para trabajar con un procesador así”, recuerda. Y así continúa, siendo un pionero.

Por qué estudió filosofía

Boixo estudió filosofía para saber en qué especializarse cuando acabara ingeniería informática: “Me gustaban la ciencia, la informática y la ingeniería. La computación cuántica, que aúna todo eso, e incluso la filosofía, aún no existía. Pensé que estudiar filosofía me ayudaría a decidir en qué especializarme, y también a entender mejor el mundo actual”, explica.


Para alguien como Boixo que trabaja en la frontera del conocimiento, no le ha ido mal el bagaje en filosofía. La física cuántica también tiene sus interpretaciones, según explica: “Como informático cuántico, la filosofía informa la forma en la que interpreto la física cuántica. Aún hay un debate abierto sobre los postulados de la física cuántica, el problema de la medida, y el papel del observador. En filosofía ese debate existe desde el siglo XVIII, y mi interpretación de la física cuántica es más bien kantiana”.                   (Jordi Pérez Colomé, El País, 27/10/19)

La llamada "supremacía cuántica" ocurre cuando un ordenador cuántico es capaz de cálculos que a un ordenador clásico le llevaría miles de años

"Hace 40 años que John Martinis trabaja en la construcción de un ordenador cuántico. No él solo, claro. Lo hace junto a su equipo y de la mano de otros físicos. Martinis, líder del proyecto cuántico de Google, explica una proeza inimaginable hace apenas una década, que aún no está claro si será posible, con una admirable seguridad y una relajada sonrisa. Se le notan los años dedicados a un reto de ciencia ficción: "Hace 40 años, cuando estaba en la universidad, nunca habría dicho que íbamos a construir un ordenador cuántico tan imponente".

Pero eso es exactamente lo que se propuso hacer Martinis cuando tenía 20 años. Ahora, con 61, lo ve increíblemente cerca.

La computación cuántica está hoy en su "momento hermanos Wright". En 1903, después de años de intentos, los Wright hicieron que un artilugio enclenque de madera se separara del suelo y lograra volar unos metros. Esta comparación la ha usado otro físico cuántico, Scott Aaronson, para describir el trabajo de Martinis, y a él le gusta: "Construimos aparatos, que son algo rudimentarios, pero queremos demostrar que en realidad funcionan. Los hermanos Wright resolvieron muchas cosas, pero una de las que lograron fue controlar el avión, dirigirlo y corregirlo según el viento. Nosotros hemos trabajado muy duro en el control de nuestro sistema y que todo esté ajustado en su lugar".

El escepticismo respecto a la computación cuántica tiene una sólida tradición. Desde hace años la promesa de una máquina capaz de hacer en unas horas cálculos que a un ordenador tradicional le llevarían siglos es para algunos un sueño absurdo. Ahora el equipo de Martinis ha logrado, como los Wright, que un aparato frágil, dudoso, inacabado, haga exactamente eso, aunque una sola vez.

"No hay ninguna garantía de que lo alcancemos. Pero ahora sabemos lo que tenemos que hacer y las cosas pintan bien", explica. “La computación cuántica que hacemos ahora nos habría parecido absolutamente irreal hace años”, añade. Los escépticos pueden seguir siéndolo, pero ese trasto que maneja el equipo de Martinis es la prueba de que algo funciona.

El equipo de este experto en Google y de la Universidad de California en Santa Barbara parece haber logrado la llamada "supremacía cuántica", que ocurre cuando un ordenador cuántico es capaz de cálculos que a un ordenador clásico le llevaría miles de años. El descubrimiento lo publicará pronto la revista Nature, que mantiene a rajatabla los embargos de sus artículos científicos. Así que nadie debería haber sabido durante la programada visita de Martinis a Madrid este lunes para las séptimas jornadas de simulación y computación cuántica en el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) que la revista científica tenía preparada esta bomba. Pero se filtró.

El culpable de la filtración fue precisamente Google. Alguien en la NASA colgó una versión previa del texto en un servidor oculto. Pero Google, el buscador, lo pescó y lo mandó a una lista de interesados en artículos académicos nuevos sobre computación cuántica. Y de ahí saltó al Financial Times. El artículo está ahora por todas partes, pero Martinis quiere esperar a la versión definitiva para comentarlo: "Nature ya nos ha retrasado bastante, así que saldrá pronto. Saben que es un artículo importante", dice Martinis.

El experimento que han logrado en Google es un gran paso, pero no definitivo: "Cuando construyes un sistema enorme no es obvio que sepas en realidad cómo funciona. Así que todos estos sistemas que nos han llevado hasta aquí han servido en parte para averiguarlo", dice Martinis.

Montones de críticas

El vendaval de críticas que ha recibido la filtración es notable: "Los rivales menosprecian la reivindicación de supremacía cuántica de Google", decía el Financial Times. IBM, uno de los grandes competidores de Google en la carrera cuántica, sacaba este comunicado: 

"Creemos que el término de 'supremacía' sobre los ordenadores clásicos lleva a confusión. Los ordenadores cuánticos no son 'supremos' frente a los ordenadores clásicos solo por un experimento de laboratorio diseñado esencialmente para realizar una muestra muy concreta de un procedimiento sin aplicación práctica". Este autobombo según IBM, puede llevar al "invierno cuántico", al desinterés de público e inversores por la falta de resultados concretos.

A pesar de su cordialidad, Martinis guarda su munición intacta y le brilla el rabillo del ojo cuando cuenta que llegará el día de contestar a las críticas: "Uno de los motivos por los que no hemos dicho nada es porque queremos que el artículo definitivo hable por sí mismo. Hemos pensado muy cuidadosamente sobre lo que hemos hecho y sus implicaciones. Lo hemos escrito, estará pronto en la calle y entonces responderemos a las preguntas", dice.

Sobre el posible invierno cuántico, Martinis también tiene una respuesta preparada: "Hace solo cinco años que llegamos a Google. Es difícil hacer que todo esto funcione. Creo que todos lo entendemos. Esperamos que sea un hito decir dónde estamos. No intentamos dar bombo a nada, sino ser extremadamente científicos".

Después de décadas de investigación en la universidad, el grupo de Martinis creyó que en 2015 el ordenador cuántico estaba listo para ser comercializado. Fue cuando Google entró en juego. "Incluso en Google había algo de escepticismo... Querían ver datos", dice.

Martinis insiste en seguir publicando, pero la computación cuántica ya no está en esa etapa inicial en la que todos empujaban en una dirección: "Era bueno para la disciplina. No es que tratáramos de superarnos para lograr un resultado un mes antes. Aprendíamos unos de otros. Así funcionaba este campo cuando se trataba solo de aprender y explorar la ciencia", dice. Ahora la competición trae dinero y malas caras.

En un perfil de 2017 en el Wall Street Journal, Bill Gates, cofundador de Microsoft decía sobre el proyecto cuántico de su empresa: "Es la única parte de Microsoft de la que no entiendo nada cuando asisto a las presentaciones". Gates no está solo en esto. Incluso a Martinis le llevó un tiempo pillarlo. "Cuando preparaba la tesis, a mediados de los ochenta, fui a una conferencia en la Universidad de California en Santa Barbara. Yo estaba en Berkeley entonces. Al final de la charla, Richard Feynman [premio Nobel de Física en 1965 por sus estudios en electrodinámica cuántica] habló de computación cuántica. Fue realmente increíble. Era el futuro. Lo gracioso es que esto era un poco demasiado abstracto para mí", cuenta.

La magnitud de la incomprensión que uno siente ante la abstracción de la computación cuántica es sencilla de aclarar: "Lleva muchos años de matemáticas ser capaz de entender por qué los átomos tienen tamaño, que es una pregunta sencilla", dice Martinis. Si se quiere saber algo que no lleve años de matemáticas, puede quedarse con la respuesta que Martinis daba a sus hijos cuando eran pequeños: "Es que los átomos son borrosos". Y mejor no preguntar más, porque si se quiere entender cómo funciona realmente "hay que hacer un curso de mecánica cuántica y muchas matemáticas".

Eso es precisamente lo que hizo un programador de Google. "Hay gente muy lista", dice Martinis. Este desarrollador de software supo que en Google había un grupo que trabajaba con la computación cuántica y "él solo aprendió la disciplina". ¿Cómo? "Bueno, hay libros por ahí", dice Martinis. Y no se quedó ahí: "Porque pensaba en el problema de forma distinta a los físicos, inventó una forma dos o cuatro veces más eficiente de hacer un algoritmo cuántico, y eso que el teorema decía que ya no se podía mejorar", explica Martinis.

La historia fascinante de la generación de Martinis es que ha impulsado una disciplina que no estaba tan claro que existiera y ha construido un aparato inimaginable que funciona según su teoría: "Lo construimos a partir de hardware comercial y hardware que hemos hecho nosotros mismos, y hay que ponerlo todo a trabajar en conjunto de manera distinta a la mayoría de cosas que se han hecho hasta ahora", explica.

Los ordenadores cuánticos deben trabajar aislados porque el ruido les afecta. Esos problemas de ingeniería pueden ser un quebradero de cabeza: "Construir un gran sistema cuántico es realmente difícil. Porque si tratas de optimizar tu sistema para minimizar el efecto del ruido, tiendes a aislarlo, ponerlo dentro de una especie de huevo, pero entonces no puede hablar con otro huevo. Tienes que emparejar un par de cubits [bits cuánticos] porque estás montando un ordenador, pero a la vez debes aislarlos para que no haya ruido", explica Martinis.

Pero por otro lado, Martinis dice que este maravilloso  artilugio de precisión puede trasladarse en furgonetas: "Bueno, tienes que desmantelarlo un poco pero no mucho; cuando llegas a destino, lo reconstruyes". Es fascinante oír a alguien que habla de una de las máquinas más sofisticadas de la humanidad como si fuera un mueble de Ikea. Los ordenadores de Google tienen unos tres metros por dos y se conectan a la nube para recibir instrucciones de programadores que usan teclados y pantallas comunes.

Unas patillas locas y los andares deliciosamente desmañados de un cuerpo de casi dos metros convierten a Martinis en un modelo de científico californiano, con su perro Cubit en el laboratorio y un ambiente de trabajo rodeado de tablas de surf. Le resulta fácil transmitir su entusiasmo. Después de 40 años de desierto hay luz al final del túnel: "Tenemos que estar mucho más contentos que, no sé, hace 15 o 20 años porque ahora empezamos a ver algo", dice.

"Ha sido tan, tan divertido. Ahora que tengo 61 años puedo investigar durante 10 años más, quizá 15, ya veremos, porque los físicos nunca se jubilan. Pero la gran pregunta es si seremos capaces de construir algo útil y poderoso antes de que me retire", dice sonriendo.

Tiene tan claro el camino a seguir que hasta tiene la respuesta aprendida cuando le mencionan el Nobel. "Es maravilloso construir estas cosas y hacer algo útil. Ese es el premio de verdad", dice."                  (Entrevista a john Martinis, Jordi Pérez, El País, 15/10/19)