La era de la computación cuántica

Los ordenadores cuánticos prometen llevar la computación hasta límites inimaginables actualmente, basando su funcionamiento en la física de partículas. Todavía no es más que eso, una promesa, cuyo despliegue durará décadas, pero ya hoy en día podemos anticipar, a través de experiencias y pruebas, la transformación que traerá consigo esta nueva generación de máquinas.

Aunque es pronto para predecir todo su impacto, la llegada de la computación cuántica implicará importantes ganancias en productividad, que Boston Consulting Group valora en 450.000 millones de dólares anuales. Los pioneros en su utilización serán aquellos sectores cuya actividad reposa sobre unas necesidades de simulación y optimización de sistemas altamente complejas, como pueden ser, entre otros, el diseño de materiales o la creación de nuevos fármacos. A medio plazo, la consultora prevé la generación de un valor para los usuarios finales en cantidades todavía modestas, entre los 2.000 millones de dólares y los 5.000 en 2024.

En la computación cuántica ya no hablamos de bits como en la informática tradicional, sino de qubits. Se trata de ordenadores cuyo funcionamiento no reposa sobre transistores, sino sobre partículas subatómicas, que pueden adquirir los valores 1 y 0. Hasta aquí parece que se comportan como los bits, sin embargo, existen dos propiedades de la mecánica cuántica que los hace distintos: la superposición y el entrelazamiento. Por una parte, la superposición implica que los qubits pueden adoptar el valor 1 o el valor 0, pero también simultáneamente propiedades de ambos. Esto amplía de forma exponencial la capacidad computacional, pues un ordenador con varios qubits en superposición puede cotejar simultáneamente un elevado número de resultados posibles, y, solamente cuando el estado cuántico de los qubits colapsa a 1 o 0, es el momento en que aparece el resultado final.

La otra propiedad es la posibilidad de entrelazar pares de qubits, de forma que ambos existan en un mismo estado cuántico, lo que implica que, si es alterado el estado de uno de ellos, el del otro cambia instantáneamente de una forma predecible. El entrelazamiento funciona incluso si están separados por grandes distancias. Mientras que en la informática convencional al doblar el número de bits se dobla la capacidad de procesado de información, en el ordenador cuántico el entrelazamiento permite que, al añadir nuevos qubits, la potencia computacional se dispare exponencialmente.

El desarrollo de ordenadores cuánticos es harto complejo. Manejar y manipular partículas subatómicas es un reto científico de primer orden. En algunos casos se requiere crear circuitos superconductores y enfriarlos a temperaturas menores que las que hay en el espacio exterior; otras veces se intenta atrapar átomos individuales en campos electromagnéticos dentro de cámaras de vacío. El objetivo en ambos casos es conseguir aislar a los qubits en un espacio cuántico controlado.

Aunque la informática cuántica todavía está dando sus primeros pasos de forma experimental, a principios de 2019 IBM presentó en el marco de CES 2019, la feria de tecnología de Las Vegas, la primera versión comercial de su ordenador cuántico. Bautizado como Q System One, llega hasta los 20 qubits -30 menos que el prototipo que la compañía presentó en 2017-, y está destinado a apoyar actividades científicas y de negocios. El sistema tiene la forma de un gran cubo de cristal de casi tres metros, al que se accede a través de una puerta. La estructura está diseñada para mantener el chip cuántico a una temperatura de 10 milikelvin o una fracción por encima del cero.

Por otro lado, la Unión Europea ha materializado su apoyo al desarrollo de la tecnología cuántica a través del programa Flagship, dotado de 1.000 millones de euros para financiar iniciativas en este campo. Precisamente, uno de los primeros proyectos seleccionados ha sido el presentado por el grupo Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) de la Universidad del País Vasco, para construir un ordenador cuántico europeo de libre acceso para investigadores y científicos. El OpenSuperQ estará basado en circuitos superconductores y albergará entre 50 y 100 qubits, muy por encima de los 20 que ostenta la versión comercial de IBM. Si todo va bien, el primer ordenador cuántico de Europa tendrá origen vasco.