Para empezar, un ejercicio de imaginación. Supongamos que tenemos que competir en una carrera con nuestro coche de calle [ponga aquí el modelo que corresponda] contra el Fórmula 1 de Fernando Alonso. ¿Quién cree que ganaría?
Más allá de que si el bicampeón español utilizase su último McLaren la cosa se igualaría mucho, la respuesta más correcta es "depende". ¿De qué? Del tipo de carrera. Porque si la prueba consiste en conducir por badenes y cruzar una puerta poco ancha, la victoria sería nuestra.
Con este ejemplo es como Jaime Gómez, responsable de Tecnologías Cuánticas de Banco Santander, explica que no todo es cuestión de velocidad punta. A veces ser más rápido haciendo algo no significa ser más veloz, sino más eficaz. En la computación cuántica, como en esta anécdota, rapidez significa "llegar a soluciones antes".
La conclusión de todo esto es que la computación cuántica es más eficiente a la hora de resolver problemas que la computación tradicional, pero antes es necesario volver a la línea de salida y empezar por preguntarnos qué es la computación cuántica.
Desde luego no es un automóvil cualquiera. Alberto Muñoz de las Heras, físico del Instituto de Física Fundamental (IFF), resume la computación cuántica como "un paradigma de computación que usa las leyes de la física cuántica". Es decir, que mientras un ordenador como el que cualquier persona tiene en su casa almacena la información en forma de bits que pueden tener dos valores, cero o uno, los ordenadores cuánticos pueden superponer valores y su forma de almacenar, los cúbits (como se denominan los bits cuánticos), puede tomar los valores cero y uno al mismo tiempo.
Un -en apariencia- sencillo cambio de conjunción gramatical (sustituir "o" por "y") que implica toda una revolución tecnológica sin precedentes ya que, como resume Muñoz, esto permite "llevar a cabo los cálculos de forma mucho más rápida y eficiente, y es el motivo por el cual la computación cuántica ha generado tanta expectación".
Una visión que comparte su colega José Carlos García-Abadillo, físico del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), que reitera que el hecho de que la computación cuántica tenga "propiedades que a nuestra intuición parecen contradictorias, como estar en dos sitios a la vez, abre un gran abanico de posibilidades, y si empiezas a imaginar todas las combinaciones que se pueden dar de cúbits, ves que el potencial es inmenso".
Está claro que su complejidad matemática y tecnológica es tan elevada que hace que aún hoy, que se lleva escuchando hablar de ella años, siga siendo un tipo de computación que continúa desarrollándose y descubriendo nuevas aplicaciones concreta. "Aún estamos muy lejos de aprovechar el potencial de la computación cuántica, estamos realmente en la infancia de la tecnología", expone García-Abadillo.
Puede decirse que el universo de la computación cuántica surgió en una conferencia del físico teórico estadounidense Richard Feynman en 1981, como recuerda José Carlos García-Abadillo. En aquella ponencia, Feynman sugiere que para simular correctamente el mundo físico, que se rige por la mecánica cuántica, se deberían usar ordenadores basados en esta física cuántica. "Esto es importante porque el tiempo que tarda un ordenador clásico en resolver la dinámica de un problema cuántico crece muy deprisa", apunta García-Abadillo. "Hay problemas increíblemente complejos para los ordenadores clásicos; saben resolverlos, sí, pero todos los ordenadores del mundo juntos podrían tardar millones de años en resolver ese problema. Mientras, un ordenador cuántico podría tardar unas horas, minutos o pocos segundos en hacerlo porque es capaz de encontrar esas puertas", añade el responsable de Tecnologías Cuánticas del Santander.
Aplicación concreta
No es casual que este recorrido por intentar explicar al común de los mortales qué es y para qué sirve la computación cuántica lo estemos realizando de la mano de dos investigadores y un experto que desarrolla su trabajo en una entidad bancaria internacional.
Cuando se quiere trasladar la teoría de la computación cuántica a la práctica, a su aplicación concreta, todos los expertos mencionan el 'algoritmo de Shor', desarrollado específicamente para ordenadores cuánticos. Este algoritmo "permitiría descomponer rápidamente números muy grandes en factores primos", sintetiza Alberto Muñoz.
Sí, los famosos números primos que aprendimos en el colegio. Si usted es de los que se preguntó entonces "¿para qué quiero yo saber esto?", sepa que en la inmensa mayoría de sistemas de encriptado de información se basan, precisamente, en la complejidad de descifrar este sistema de factores primos. Porque para un ordenador convencional "esta descomposición tardaría un tiempo del orden de la edad del universo", como afirma Muñoz, pero "si se desarrollase por completo un ordenador cuántico de gran escala, sería posible romper esa encriptación con facilidad", apostilla García-Abadillo.
El ejemplo que señalan ambos físicos es el de las claves de nuestras cuentas bancarias, y ahí es donde entra el experto en tecnología cuántica de una entidad financiera. Lo primero, un mensaje tranquilizador: "Este es un riesgo a futuro, no es algo que afecte hoy en día", afirma Jaime Gómez. El responsable de este tipo de tecnología de Banco Santander estima que hasta mediados de la década de 2030 no será algo tangible. "Lo que tenemos que hacer, la sociedad en general y en el Santander lo estamos haciendo, es prepararnos para cambiar la criptografía que va a ser vulnerable frente a los ordenadores cuánticos por una criptografía que podamos utilizar con nuestros ordenadores igual que hacemos hoy pero que sea segura frente a los computadores cuánticos; eso se llama criptografía postcuántica", explica sobre cómo atajar esta posible amenaza futura.
Un problema muy ligado a la ciberseguridad, por lo que se trabaja conjuntamente para evolucionar hacia una criptografía segura frente a la computación cuántica. Una tarea en la que están involucrados todas las grandes entidades y organismos del mundo porque, recuerda Gómez, "esto no es una cuestión competitiva, sino que afecta a toda la sociedad digital en su conjunto".
Prevenir es la manera más eficaz de garantizar una buena salud cuántica -y digital-, y no todo van a ser riesgos, y así lo apunta Alberto Muñoz: "Las grandes empresas tecnológicas están muy interesadas porque se especula con que permitiría procesar una gran cantidad de información de forma muy rápida. Así, podría utilizarse para resolver problemas complejos como optimizar rutas de reparto para ahorrar combustible y dinero e, indirectamente, contribuir a respirar un aire más limpio".
Investigación
Una tecnología en desarrollo es sinónimo de captación de talento y de búsqueda de financiación. Entre los muchos programas que comparten esta finalidad está ComFuturo, impulsado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación General CSIC (FGCISC), nacido de su alianza con destacadas empresas e instituciones como Banco Santander, Acerinox, Fundación Cepsa, Agbar, Fundación Domingo Martínez, Lilly y la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología.
De los 16 proyectos seleccionados en esta edición de ComFuturo, dos tratan la computación cuántica: QScapeUp, dirigido por el propio José Carlos García-Abadillo, que busca reducir los requisitos energéticos para la manipulación y refrigeración de esta tecnología; y VaQOS, con Alberto Muñoz al frente y que fomenta el desarrollo de simuladores ópticos cuánticos variacionales.
Este último proyecto parte de la premisa de que los ordenadores cuánticos actuales "son demasiados pequeños para realizar cálculos útiles para los científicos y las empresas, son muy frágiles porque cualquier influencia del entorno destruye la información cuántica, y además la conectividad entre los cúbits que los forman es muy limitada", explica Muñoz. Por eso, su investigación pretende desbloquear esta situación estudiando sistemas alternativos a los actuales, lo que, espera, "permita reducir el tiempo y los recursos computacionales necesarios para hacer los cálculos". Algo esencial, recuerda, porque "la probabilidad de que ocurra un error aumenta con el tiempo de cálculo".
Por su parte, García-Abadillo también busca formas alternativas que mejoren la eficiencia de la computación cuántica. En su caso, investiga la manera de sustituir la tecnología superconductora que se emplea hoy en día por una de semiconductores -la misma en la que se basan los ordenadores comunes, smartphones y otros dispositivos-. "Los cúbits semiconductores son mucho más compactos que los superconductores y se pueden confinar en puntos cuánticos de solo unas decenas de nanómetros, por lo que sería posible apilar millones de ellos en un espacio relativamente pequeño", explica esperanzado este investigador.
La computación cuántica aspira a convertirse en una llave maestra que abra millones -miles de millones- de puertas en muy poco tiempo. Resolver problemas para el beneficio de las personas, una meta alejada de ese mito de un futuro de máquinas.
Una imagen de ciencia ficción por dos razones. La primera la señala García-Abadillo: "La fragilidad de esta tecnología complica mucho su potencial para dominar la humanidad". Y segunda, porque si como recuerda Muñoz hoy ya existen personas con ansiedad si no tienen cerca el móvil, "quizá ese futuro distópico donde estamos dominados por las máquinas sea, en realidad, el presente".