Diez claves para entender la tecnología cuántica

La  computación cuántica  promete cambiar el mundo tal como lo conocemos. Aún no sabemos todo lo que será capaz de hacer, pero esta tecnología podrá no sólo solucionar problemas actualmente imposibles para los ordenadores clásicos, sino dar respuesta en diez segundos a lo que a uno clásico le puede llevar mil años.

Aunque de momento ninguna computadora cuántica puede realizar una tarea útil de manera más rápida, económica o eficiente que otro convencional, esta tecnología ya se aplica en criptografía, inteligencia artificial o en los vehículos eléctricos.

Estas son las diez claves para entender la tecnología cuántica:

1. ¿Qué es?

Es una rama de la informática que se basa en los principios de la mecánica cuántica, el área de la física que estudia el comportamiento de las partículas más pequeñas. "Es un modelo de procesamiento de la información totalmente nuevo y no sabemos cuáles son sus límites. De lo que estamos seguros es de que servirá para resolver los llamados 'problemas exponenciales', aquellos en los que el tiempo o el espacio requerido para solucionarlos aumenta rápidamente a medida que crece el tamaño de los datos de entrada, lo que hace que nuestros ordenadores clásicos se queden sin memoria antes de poder resolverlos", explica Juan Luis Sánchez Toural, director del Máster en Computación Cuántica de la Universidad Internacional de La Rioja (Unir), en una entrevista a EFE.

2. ¿En qué se diferencia de la computación clásica?

Los ordenadores, móviles y supercomputadores que utilizamos actualmente se rigen por las leyes de la mecánica clásica y almacenan la información en 'bits', circuitos eléctricos que pueden adoptar uno de dos estados posibles, el 0 o el 1, pero nunca los dos a la vez. Un único bit es poco práctico, por eso se agrupan en conjuntos de ocho, conocidos como bytes. Por ejemplo, la letra A es una colección de 8 bits (en concreto, 01000001). Esto es lo que permite crear desde una hoja de cálculo a escribir un correo electrónico o hacer compras 'online'. Por su parte, la computación cuántica se rige por las leyes de la mecánica cuántica y maneja cúbits. A diferencia de los bits, los cúbits pueden adoptar el estado de 0 y de 1 simultáneamente, lo que se conoce como superposición. Así, son capaces de almacenar una cantidad exponencialmente grande de información que, además, se puede manejar en paralelo gracias a otra de sus cualidades: el entrelazamiento.

3. ¿Por qué necesitamos los ordenadores cuánticos?

Los transistores electrónicos son la pieza fundamental que permite a los ordenadores clásicos funcionar: actúan como mensajeros que mueven la información de un punto a otro y, cuanto menor es su tamaño, más rápido actúan. De ahí que los procesadores cada vez sean más pequeños y que cualquier teléfono actual sea más potente y rápido que el mejor supercomputador de hace 60 años. Ahora mismo, el transistor más minúsculo tiene un tamaño de cinco nanómetros (unos 20-30 átomos). Pero esa miniaturización no es infinita: al reducir al mínimo el tamaño del transistor y multiplicar su capacidad de computación, estos dejan de funcionar, porque entran en otro reino de la naturaleza, que es el cuántico. Así, ante problemas muy complejos que requieren una capacidad de computación mayor, hasta las supercomputadoras fallan, lo que hace necesaria la computación cuántica para resolverlos.

4. ¿Cómo funcionan?

Los grupos de cúbits entrelazados en superposición pueden crear espacios computacionales complejos y multidimensionales donde los problemas más difíciles de resolver se representan de nuevas formas para hallar soluciones. "Para que esto sea posible, los cúbits tienen que estar totalmente aislados y a una temperatura muy baja, cercana al cero absoluto, porque son muy sensibles al 'ruido' exterior (ondas electromagnéticas, luz, rayos cósmicos.)", explica Sánchez Toural.

5. ¿Por qué esta tecnología es tan compleja?

Porque lo que pretendemos es muy difícil. "Ahora mismo estamos en la llamada era NISQ (Computación Cuántica de Escala Intermedia Ruidosa), en la que nuestros cúbits funcionan con una fiabilidad bastante imperfecta. Los cúbits existen en un estado de mínima energía. Cuando aplicamos energía sobre ellos y les damos una orden, cambian de estado durante un tiempo muy corto, llamado 'tiempo de coherencia'. En un segundo hay 1 millón de microsegundos. De ese millón, nosotros tenemos 100 microsegundos para hacer nuestros cómputos antes de que el cúbit vuelva al estado de mínima energía", cuenta Sánchez Toural. Según avanza la investigación, el tiempo de coherencia se alarga y la fiabilidad del cúbit aumenta, pero el ruido no desaparece, incluso aunque se mantenga muy frío y totalmente aislado del entorno. La solución que se utiliza actualmente contra el ruido cuántico es el cúbit lógico, compuesto de una colección de cúbits físicos. "De este modo, si un cúbit físico de la colección se altera, podemos reconstruir la información a partir del resto, aumentando su fiabilidad. Lo malo es que el cúbit lógico emplea muchos más recursos".

6. ¿En qué fase de desarrollo de lo cuántico estamos?

El procesador cuántico más avanzado desarrollado hasta la fecha, que es la tecnología de cúbits superconductores, utilizada por empresas como Google o IBM, tiene unos 400 cúbits, aproximadamente, pero se prevé conseguir procesadores de más de 1.000 cúbits a finales de 2023.

7. ¿Qué problemas resolverán?

"Tiene posibilidades infinitas, pero no podemos imaginar a dónde llegaremos". Algunos de los campos de estudio en los que ya se ha empezado a aplicar esta tecnología son la criptografía, la inteligencia artificial, los vehículos eléctricos o el desarrollo de medicamentos.

8. Los impulsores

Nos encontramos en una carrera cuántica en la que numerosas empresas y gobiernos están persiguiendo la capacidad de procesar más rápido, pues implica predecir mejor, por ejemplo, la evolución de los mercados financieros. Empresas estadounidenses (Microsoft, Intel, IBM, Google.) y chinas (Alibaba) llevan la delantera.

9. ¿Por qué preocupa tanto la seguridad?

Para navegar seguros por la red, la computación clásica se basa en un sistema de cifrado llamado RSA. Este se apoya en la factorización, que consiste en coger un número muy grande y encontrar los dos números primos que, multiplicados entre sí, dan ese primer número como resultado. Al resolverlo, se rompe el RSA y uno puede ver la información cifrada. Romper el RSA es un problema exponencial que a un ordenador clásico le puede llevar miles de años resolver, por eso es un sistema seguro. Sin embargo, un ordenador cuántico, con la capacidad y la fiabilidad necesarias que no tenemos hoy en día, podría romperlo en 10 segundos.

10. ¿Cuántos ordenadores cuánticos existen hoy?

"Todos los países más desarrollados tienen al menos uno", señala Sánchez Toural. "También hay ordenadores cuánticos comerciales desarrollados por los chinos basados en resonancia magnética nuclear: tienen 12 cúbits, así que son como un juguete y no se puede hacer gran cosa con ellos, pero existen y cuestan alrededor de 10.000 euros".