miércoles 19.02.2020

«SEGUIMOS EN LA INFANCIA DE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA»

maría j. muñiz | león


Construir un ordenador cuántico sin fallos y encontrar sus aplicaciones prácticas es el trabajo al que ahora se enfrenta, después de formar parte del equipo que ha logrado el hito histórico de alcanzar por primera vez la supremacía cuántica. Lo ha hecho como director del grupo de teoría y aplicaciones de computación cuántica de Google. «Aún faltan unos diez años para desarrollar esta tecnología», señala. En los que seguirá investigando y dando rienda suelta a la curiosidad que desde muy niño le despertaron los más variados aspectos de la ciencia. Se recuerda devorando libros y jugando en las calles «como hacíamos entonces los niños del barrio». Y disfrutando de una gran familia a la que sigue visitando cada año en León.


Sergio Boixo Castrillo (León, 1973) guarda «muy buenos recuerdos de mi infancia en la ciudad, que fue como la de cualquier niño en aquellos años. Los niños del barrio nos conocíamos todos y jugábamos siempre en la calle. Además, la familia de mi madre, Castrillo, es extensa y muy bien avenida, así que pasábamos mucho tiempo juntos con los tíos, primos, abuelos,... Al menos una vez al año vuelvo a León sobre todo a visitar a mis tíos y primos Castrillo, quedan muchos ahí y siempre se juntan».


Una infancia rodeada también de incentivos para la curiosidad científica. «Mi abuelo paterno era Gregorio Boixo, y fue un pionero introduciendo la inseminación artificial en los pueblos de León. Y mi abuela paterna era una entusiasta de la química, vivía entregada a dar clases particulares a niños y adolescentes». Además Sergio es sobrino de Juan Carlos Boixo, director del Centro de Selección y Reproducción Animal (Censyra). Su padre, José Ignacio, es un informático que desde su trabajo en el Banco de España ha participado en proyectos como el mercado de deuda pública, el sistema nacional de compensación electrónica, el cambio de milenio del Sistema Europeo de Bancos Centrales, y lidera la iniciativa EuroFiling y la normativa de formatos financieros, entre otras actividades.


En este entorno, reconoce que «desde muy temprano me gustó la ciencia, aún recuerdo devorar el libro Nueva Guía de la Ciencia de Isaac Asimov siendo bastante pequeño. Incluso en el instituto leía artículos de investigación en física cuántica».


Sin embargo, «mi primera licenciatura fue la de ingeniero informático. Una carrera en la que sobre todo me gustaban las asignaturas más teóricas. Que como resultado fundamental concluían que todos los métodos que se han inventado para computar o calcular funcionan con las mismas operaciones básicas. Es decir, que un superordenador funciona de un forma similar a un ábaco de hace 2.000 años, aunque miles de millones de veces más rápido». Entonces «empezaron a salir algunos artículos explicando que un ordenador cuántico funcionaría de una manera totalmente distinta».


Boixo tardó aún varios años en dedicarse a la investigación. «Es una opción muy sacrificada y no sabía muy bien cómo hacerlo. Pero después de trabajar unos años como informático en Alemania decidí seguir mi vocación, primero con un máster en Barcelona y luego en Estados Unidos».


Resume así una trayectoria en la que nunca dejó de avanzar en el estudio. En 1996 se licenció como ingeniero informático por la Universidad Complutense de Madrid; y en 1999 se licencia en Filosofía por la Universidad Española de Educación a Distancia Uned). Una formación que podría parecer chocante en el conjunto de su trayectoria, pero que le ayuda a formar una perspectiva para enfocar no sólo sus decisiones sino la manera de entender la realidad. Incluso desde un punto de vista ‘cuántico’. En 2003 acabó su tercera carrera universitaria, esta vez Matemáticas, por la misma universidad a distancia. Entre 1996 y 2002 trabajó como informático, desde programador hasta arquitecto de sistemas, en diversos bancos, como el Banco Central Europeo o el Dresdner Bank en Fráncfort, y en empresas, como Semanticedge en Berlín.


En 2003 dio finalmente ese salto hacia la investigación e inició un doctorado en Física Teórica en la Universitat Autònoma de Barcelona, donde ejerció como profesor asociado. Un año después se fue a la Universidad de Nuevo México, en Estados Unidos, donde comenzó los desarrollos en el campo de la computación cuántica. Al mismo tiempo trabajaba en Los Alamos National Laboratory. Se doctoró en física teórica en la Universidad de Nuevo México en 2008, fue postdoc dos años en Caltech, y postdoc en Harvard un año. Después de eso fue profesor investigador en el Information Sciences Institute de la University of Southern California.


A la pregunta de si es, en cierto modo, autodidacta, señala que lo es «a medias. He estado en bastantes universidades y centros de investigación. Pero hice dos de mis tres carreras en la Uned, es decir, preparando el material por mi cuenta, sin profesor. A medida que profundizas, todos los investigadores son algo autodidactas».


Después de toda esta trayectoria desembargó en Google en 2013. «Fui el segundo empleado de la compañía en trabajar en computación cuántica, hace ya seis años y medio. Así que me ha dado tiempo a hacer bastantes cosas». Desde la sede de Google en Mountain View, en California, dirige el grupo de teoría y aplicaciones de computación cuántica. «Obviamente, estoy orgulloso de cómo ha ido madurando este proyecto en Google. Hace poco publicamos un trabajo en el que hemos estado volcados más de tres años, tanto experimentales como teóricos. Básicamente es un experimento que demuestra que, en cierto sentido, hay más diferencia entre un ordenador cuántico y un superordenador tradicional que entre éste y un ábaco. Esto es conocido como supremacía cuántica».


El gran avance de la computación cuántica fue publicado a finales de octubre por la revista Nature. El equipo de investigadores de Google había logrado la supremacía cuántica, que según explica Sundar Pichai, director ejecutivo de la compañía tecnológica, «es un término de arte que significa que hemos usado un ordenador cuántic para resolver un problema que a una computadora clásica le llevaría un tiempo impracticable resolver».


El chip desarrollado, que han llamado Sycamore, concluyó en 200 segundos un cálculo que le costaría realizar unos 10.000 años al supercomputador más rápido del mundo actualmente.


Los investigadores se muestran «entusiasmados con lo que está por venir», aunque recuerdan las palabras del premio Nobel Richard Feynman: «Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica». Pichai apuntala: «En muchos sentidos, el ejercicio de construir una computadora cuántica es una larga lección de todo lo que aún no entendemos sobre el mundo que nos rodea». Aunque saben que tiene «un enorme potencial para la informática».


El logro es un primer paso, y el camino no ha sido sencillo. «Ha sido un viaje de 13 años para que Google llegue aquí. En 2006 el científico de la compañía Hartmut Neven comenzó a explorar la idea de cómo la computación cuántica podría ayudar a nuestros esfuerzos para acelerar el aprendizaje automático. Este trabajo condujo a la formación de nuestro equipo Google AI Quantum. En 2014 John Martins y su equipo de la Universidad de California en Santa Bárbara se unieron a nosotros en nuestros esfuerzos para construir un computador cuántico. Dos años más tarde Sergio Boixo publicó un documento que centró nuestros esfuerzos en la tarea computacional bien definida de la supremacía cuántica; y ahora el equipo ha construido el primer sistema cuántico del mundo que supera las capacidades de las supercomputadoras para estas tareas en particular». Añade que «hicimos estas primeras apuestas porque creíamos, y seguimos creyendo, que la computación cuántica puede acelerar las soluciones para algunos de los problemas más acuciantes del mundo, desde el cambio climático hasta las enfermedades. Dado que la naturaleza se comporta mecánicamente de forma cuántica, la computación cuántica nos brinda la mejor oportunidad de comprender y simular el mundo natural a nivel molecular. Con este avance, ahora estamos un paso más cerca de aplicar la computación cuántica para, por ejemplo, diseñar baterías más eficientes, crear fertilizantes con menos energía y descubrir qué moléculas podrían producir medicamentos efectivos».


Unas aplicaciones que «aún están a muchos años de distancia. Siempre hemos sabido que sería un maratón, no un sprint. Lo importante de construir algo que no se ha probado es que no hay un libro de jugadas. Si el equipo necesitaba una parte tenían que inventarla y construirla ellos mismos. Y si no funcionaba, y a menudo no funcionaba, tenían que rediseñarlo y construirlo de nuevo».


En este nuevo escenario de retos de futuro trabaja el equipo de Sergio Boixo, que destaca dos retos fundamentales en la actualidad: «El primero es avanzar en demostrar y construir un ordenador cuántico tolerante a fallos que pueda realizar programas arbitrariamente largos. Los procesadores cuánticos experimentales actuales sólo pueden funcionar algunas millonésimas de segundo antes de tener errores. Sabemos que un ordenador cuántico de estas características tendrá muchas aplicaciones, pero aún faltan unos diez años para desarrollar esta tecnología. Seguimos en la infancia de la computación cuántica».


El segundo de los retos es «demostrar aplicaciones prácticas antes de conseguir construir un ordenador cuántico tolerante a fallos. El cálculo que hicimos para demostrar la supremacía cuántica es demasiado especializado, y es muy difícil superar a los superordenadores tradicionales, que representan increíbles avances tecnológicos, en cálculos con aplicaciones más prácticas».


El futuro inmediato del investigador leonés se centra en estos dos retos. «Por ejemplo, estoy trabajando en una primera aplicación práctica de la computación cuántica, aunque aún algo especializada. Consiste en generar números aleatorios certificados, lo cual tiene aplicaciones importantes en ciberseguridad».


Es el siguiente paso y, según explican desde Google, «el comienzo de un nuevo viaje: descubrir cómo poner en práctica esta tecnología». Para lo que trabajan con la comunidad científica con herramientas de fuente abierta que «permiten que otros trabajen junto a nosotros para identificar nuevas aplicaciones».


Intentar explicar a profanos en el tema cómo se desarrolla el proceso cuántico se plantea complicado. Un bit en un ordenador clásico almacena información como 0 ó 1. Un bit cuántico, denominado qubit, «puede ser tanto 0 como 1 al mismo tiempo, una propiedad llamada superposición». Que permite que crezcan exponencialmente, y que un ordenador cuántico explore simultáneamente un gran espacio de muchas posibles soluciones a un problema».


Para demostrar la supremacía el ordenador desarrollado por el equipo de Boixo realizó con éxito un cálculo de prueba en sólo 200 segundos que en los superordenadores más potentes de la actualidad habría tardado miles de años. «Podemos lograr estas enormes velocidades sólo por la calidad de control que tenemos sobre los qubits». Pero los ordenadores cuánticos son «propensos a errores». A pesar de lo cual el experimento de Google mostró «la capacidad de realizar un cálculo con pocos errores a una escala lo suficientemente grande como para superar a un ordenador clásico».


El logro científico tiene también su respuesta. IBM cuestiona la supremacía, y señala que un superordenador convencional podría hacer el cálculo en unos días. Lo cierto es que se ha dado un paso más en el avance de de la ciencia cuántica. Un cálculo que, de momento, no tiene aplicación. Como otros muchos descubrimientos pioneros a lo largo de la historia. Tan cierto como que abre el camino a un nuevo universo de conocimiento y aplicaciones por explorar. En el que Sergio Boixo tiene un papel protagonista.

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