Imaginaos el superordenador actual más potente del mundo. ¿Y si pudiéramos crear un ordenador bestial capaz de hacer en dos minutos lo que un superordenador de ahora tardaría miles e incluso millones de años en lograrlo? Es lo que prometen los ordenadores cuánticos, los que muchos consideran como la nueva revolución en el mundo de la informática.
Las posibilidades son casi infinitas. Desde descubrir el remedio a enfermedades terribles como el cáncer o el parkinson hasta crear robots con inteligencia artificial capaces de recrear a los replicantes de Blade Runner, pasando por comprender mejor cómo funciona el universo o el interior del cuerpo humano.
En esas estamos, pero ¿qué es exactamente un ordenador cuántico? ¿Estamos cerca de que se convierta en el nuevo pelotazo del mundo de la tecnología? ¿Qué otros usos le podremos dar? ¿Llegará a sustituir a nuestro PC de casa? Quédate con nosotros para responder a estas preguntas y explicarte los términos que necesitas controlar para entender que es esta historia de los ordenadores cuánticos.
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En pocas palabras, ¿qué es un ordenador cuántico?
Es un ordenador que usa partículas subatómicas como electrones o fotones para funcionar. De ahí el término de cuántico, que se refiere a la física cuántica que estudia el comportamiento de estas partículas.
Vale, pero ¿qué ventajas tiene eso respecto a los ordenadores actuales? Ponlo en cifras para que podamos entender la diferencia.
Una muestra de lo que se puede conseguir. Google ha anunciado hace poco que con su ordenador cuántico ha logrado resolver en dos minutos un problema que el superordenador actual más potente tardaría 10.000 años en resolver. Luego entraremos en detalle.
Increíble ¿Y por qué nos interesa tanta potencia de cálculo?
Básicamente, porque si se consigue llevarlo a cabo permite acelerar la velocidad de proceso en algunos campos de forma exponencial. Podría ser una revolución en medicina, inteligencia artificial, para entender el universo… Imagínate, por ejemplo, si se usara un ordenador cuántico para estudiar enfermedades o para encontrar curas o desarrollar fármacos. Hablamos de curas de enfermedades tan serias como el cáncer o el Parkinson, que de hecho ya están echando mano del uso de supercomputadoras para ayudar a mejorar el estudio de la enfermedad y las posibles soluciones.
¿Y qué me dices de la inteligencia artificial, ya que hablamos de capacidad de procesamiento?
En el futuro podría ser clave para crear robots con una inteligencia artificial al más puro estilo Blade Runner. Si ya se llega en algunos casos a tener robots capaces de aprender, imagínate si se potencia esa capacidad en miles y miles de veces. Podríamos crear robots que no solo sean capaces de aprender, sino que lo hagan a una velocidad asombrosa.
Entiendo que también podría ser importante en el campo de la ciencia
Sí, podría ser una verdadera revolución en la física o la química, al permitir que creáramos análisis muy complejos del universo, de reacciones químicas o del modo en el que funciona nuestro cerebro.
He leído que también tiene aplicaciones asombrosas en las comunicaciones
Gracias a una de las propiedades del ordenador cuántico, podríamos enviar mensajes de forma instantánea al otro lado del universo. Ya se han hecho pruebas en China enviando mensajes impenetrables a más de 1.000 kilómetros de distancia. Y por el lado negativo, la complejidad del cálculo de un ordenador cuántico podría destrozar la contraseña más segura de la actualidad en apenas unos segundos.
Decías antes que Google ya ha hecho algunas pruebas con una de estas máquinas. Entonces, ¿los ordenadores cuánticos ya existen?
Sí, pero no te lances a comprarlo al Carrefour que ahí no lo vas a encontrar. A ver hay que coger la afirmación de que ya existen con pinzas. Todavía queda mucho tiempo por delante para convertirlos en algo práctico, aunque su futuro es apasionante. Eso sí, por el momento no te esperes tener un ordenador cuántico en la mesa de tu escritorio. Durante muchos años serán propiedad de grandes empresas y gobiernos, y lo cierto es que no se espera tener un ordenador cuántico que realmente marque la diferencia hasta dentro de al menos diez años.
Estamos con David Readman, el DJ de tuexperto.com hablando de ordenadores cuánticos. Ya hemos visto en líneas generales qué es un ordenador cuántico y algunos de los usos prácticos que podrían tener en el futuro. Ahora vamos a explicar en detalle cómo funcionan.
Para entender las bases de cómo trabaja un ordenador cuántico, primero hay que explicar la diferencia entre bits y cúbits.
¿Qué es un bit?
Es la unidad mínima de información que usan los PC. Básicamente son pulsos eléctricos que se traducen en unos y ceros. Es decir, que con un bit puedes tener dos combinaciones, con dos bits pasa a cuatro y con tres ya son ocho. Y así sucesivamente.
El universo de los unos y ceros. Aunque parezca mentira, esta es la base de todos los cacharritos que usamos cada día. ¿Qué es entonces un cúbit?
La unidad de información mínima que usan los ordenadores cuánticos, y que consiste en partículas subatómicas como electrones.
Así de base parece muy complicado. ¿Cuál es la diferencia a nivel práctico entre un bit y un cúbit?
Aquí está el meollo del asunto. Si consigues aislar un átomo en un estado cuántico que esté controlado, el electrón se va a comportar de una forma más que curiosa. Normalmente, en la física normal, un elemento puede tener un estado A o un estado B. Pues bien, en la física cuántica el cúbit puede tener el estado A, el B, los dos a la vez o cualquier estado intermedio entre los dos. A esto se le llama superposición cuántica.
Superposición cuántica, ya empieza a arderme la cabeza.
Si vamos añadiendo cúbits, la progresión es exponencial. El problema es que mantener el estado necesario para trabajar con estos ordenadores es un verdadero quebradero de cabeza. Aquí entra lo que se llama la incoherencia o decoherencia cuántica.
No me irás a complicar más la cabeza, ¿verdad?
En la práctica se traduce en que, aunque ofrece muchas más posibilidades, este estado de los electrones es realmente frágil. Cualquier vibración, cualquier cambio de temperatura puede echar al traste una operación que estés llevando a cabo.
Vamos, que tienes que tratar el ordenador a cuerpo de rey. Nada de llevarte el portátil cuántico al wáter para trabajar como sé que te gusta.
Mucho me temo que no. No se le podrá ni toser.
Como para pasarle el trapo para limpiarle el polvo… ¿Entonces cómo logran mantener este estado cuántico?
El caso es que, para evitar estos ruidos, como se llama a estas perturbaciones del estado necesario, hay que mantener el ordenador cuántico refrigerado en salas preparadas a una temperatura de casi el cero absoluto. Es decir, menos 273 grados centígrados.
Uy, qué fresquito me está entrando. Ahí se entiende por qué muchos científicos dicen que estos ordenadores cuánticos jamás llegarán al salón de tu casa.
Yo no pondría la mano en el fuego al afirmar esto. Creo que la tecnología avanza a pasos agigantados y en cualquier momento se puede encontrar un atajo o una revolución que nos haga encarar el problema de forma distinta. Ha pasado y pasará tantas veces que ser tajante en estas predicciones me parece algo soberbio.
Que se lo digan a los científicos que decían que era casi imposible que hubiera vida fuera del planeta tierra. Ahora están bien calladitos.
Ahora bien, lo cierto es que no hay que esperar que estos ordenadores cuánticos lleguen a los usuarios como tú y como yo en los próximos años. Ya has visto que para funcionar necesitan unas condiciones draconianas. Al principio, todo indica que los gobiernos y algunas grandes empresas serán los únicos que puedan poseerlos y manejarlos.
¿De cuántos años hablamos?
Fíjate, los científicos más optimistas hablan de al menos una década para ver los primeros ordenadores cuánticos que de verdad marquen la diferencia a nivel práctico respecto a un PC convencional. Así que imagínate lo que nos tocará esperar para ver si un día llegan a formar parte de nuestro hogar.
De momento, parece inviable con todas esas precauciones y condiciones de trabajo de las que has hablado.
El caso es que, incluso teniendo todas las condiciones ambientales adecuadas de temperatura o ausencia de vibraciones, se sigue produciendo ruido. Y eso hace que haya fallos a la hora de hacer cálculos con ordenadores cuánticos. El problema es que en el momento en el que mides el valor de un cúbit, pierde este estado cuántico.
Una solución para poder corregir fallos y asegurarte de que el resultado es correcto sería añadir más cúbits para comprobarlo. Pero esto requiere tener cientos de cúbits juntos solo para que un cúbit sea fiable al 100%, lo que se llama un cúbit lógico. Y hasta el momento solo se han conseguido crear superordenadores de unos 128 cúbits.
Parece demasiado complicado para ser viable. ¿Merece la pena el esfuerzo?
Totalmente. Y hay otra propiedad cuántica que adoptan los cúbits que me parece un verdadero flipe y que abre un universo de posibilidades. Se trata del entrelazamiento cuántico.
Entrelazamiento cuántico. Eso suena al cable USB de estos ordenadores, pero imagino que no va por ahí la cosa ¿no?
No. Es una propiedad que consiste en que podemos crear dos cúbits que estén entrelazados. Es decir, que si tú cambias el estado de uno de esos cúbit automáticamente el otro cambia también. Y la magia es que la distancia no importa, los dos pueden estar separados por medio universo y seguiría ocurriendo lo mismo.
Te hace replantearte muchas cosas sobre cómo funciona de verdad la vida y el universo. Entiendo que gracias a esto podríamos enviar información a miles o incluso millones de kilómetros de forma instantánea. Imaginaos lo que eso significaría por ejemplo para las comunicaciones con el espacio. O para las telecomunicaciones aquí en la tierra, ya que podríamos enviar información en un abrir y cerrar de ojos. Vamos, el 5G parecería un niño de parvulario en comparación.
Estamos con David Readman, el británico de tuexperto.com hablando de ordenadores cuánticos. Hasta ahora, hemos visto qué son los cúbits y sus propiedades únicas, como que puedan estar en dos estados a la vez o que dos cúbits que pertenezcan al mismo sistema se puedan comportar igual aunque estén en las dos puntas del universo. Pero también hemos visto las dificultades para mantener el estado cuántico necesario para que el ordenador funcione correctamente. Volvamos a la parte práctica. ¿Qué es lo que se ha conseguido hasta ahora con estos ordenadores cuánticos?
Hay varias empresas muy potentes desarrollando ordenadores cuánticos hoy en día. Y, además, con enfoques muy distintos. Hablo, por ejemplo, de Google o de IBM y también de empresas como ionQ que ya está desplegando un ordenador cuántico que quieren usar en la nube.
¿Y cómo lo hace cada uno? ¿Qué diferencias hay entre el ordenador de IBM o Google y el de esa empresa ionQ?
Pues mira, en el caso de Google o IBM, el ordenador usa circuitos superconductores enfriados casi al cero absoluto, en los que curiosamente también se usa silicio. Mientras que en el caso de ionQ, lo que hacen es atrapar átomos en campos electromagnéticos, en un enfoque que parece menos forzado. Para conseguir que los electrones entren en el estado cuántico deseado, se deben usar láseres de precisión o rayos de microondas.
Vale, pero ¿y qué primeras tareas han logrado con estos ordenadores?
Aquí hay que introducir un nuevo concepto. El de supremacía cuántica.
No nos iremos a poner racistas, ¿no?…
En realidad, simplemente es el hito histórico de que un ordenador cuántico sea capaz de realizar un cálculo mucho más rápido que un ordenador convencional. En concreto, que el tiempo que le lleva hacer el cálculo al ordenador cuántico sea razonable y para el superordenador sea inasumible. ¿Por qué te cuento esto? Para entender lo que ha anunciado Google que puede hacer con su ordenador cuántico.
Dispara, que estos de Google están en todas partes
Pues bien, la compañía anunció hace un par de años que su ordenador de 53 cúbits ha logrado desentrañar un problema matemático basado en la generación de números al azar en solo dos minutos y medio, mientras que el tiempo que le llevaría al superordenador más potente del mundo sería de 10.000 años. Lo mismo se logró en Hong-Kong el año pasado. Un grupo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad Tsinghua de Pekín dirigido por Jian-Wei Pan usó un sistema cuántico basado en un circuito óptico, en este caso calculando una reacción química. Ellos tardaron tres minutos en hacer lo que un superordenador tardaría… agárrate… 600 millones de años.
La diferencia es espectacular. Está claro que China se está convirtiendo en una potencia mundial también en tecnología.
Y hay algo más. El año pasado otro equipo de investigadores chinos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei también logró usar la propiedad del entrelazamiento cuántico para transmitir un mensaje cifrado imposible de vulnerar a más de 1.000 kilómetros de distancia. Está claro que aquí hablamos de utilidades sobre todo militares, pero imagínate si eso se aplica un día a los viajes por el espacio.
Bueno, todo es empezar. Y, de entrada, parece que vamos por buen camino.
Sí, pero queda mucho. Por ejemplo, el sistema desarrollado por los chinos a través de un circuito óptico sirve perfectamente para el objetivo para el que fue creado, pero no podría enfrentarse a otros problemas. Es decir, no puede ser un sustituto real de un ordenador tal y como lo concebimos. En cualquier caso, los científicos coinciden hoy en día en que los ordenadores cuánticos no han venido para sustituir a los tradicionales, sino para complementarlos y llegar dónde los clásicos no pueden.
Y si tuviéramos que imaginar un precio para estos ordenadores ¿cuál podría ser? Porque mi cartera está ya temblando…
Pues sí, que tiemble. Es pronto todavía para pensar en un precio. Pero en 2011 ya hubo una empresa llamada D-Wave Systems que llegó a vender el primer ordenador cuántico comercial. Se lo vendió a, sorpresa, una empresa militar estadounidense (Lockheed Martin). Y la factura ascendió a… ¿estás preparado?… 10 millones de dólares. No sé si con IVA o sin IVA.
Igual le dijo eso de ¿lo va a querer con IVA o sin IVA? Bueno, aunque queda mucho camino como has dicho para que se puedan comprar en El Corte Inglés, yo iré ahorrando ya por si acaso.
Ya sabes que las predicciones en esto de la tecnología son un poco suicidas. Pero la mayoría de expertos coinciden en que como mínimo nos falta una década para que estos ordenadores cuánticos tengan un impacto visible en nuestra vida.
