Pepa Martínez-Pérez: “Los ordenadores cuánticos nos permitirán simular la materia tal y como es”

Pepa Martínez-Pérez (Huesca, 1983) protagonizaba hace unos días una sesión organizada por el Ateneo de la Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA) y de la Cátedra SAMCA de Desarrollo Tecnológico, dentro de la Semana de la Ingeniería y la Arquitectura en la Universidad de Zaragoza y de la celebración del Girls’ Day. Investigadora distinguida del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, trabaja en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón.

El título de su conferencia hace unos días era “Cómo construir un ordenador cuántico”. En realidad, muchos necesitaríamos empezar por saber qué es un ordenador cuántico...

No trabajo directamente en computación cuántica. En el grupo en el que trabajo somos bastantes personas: algunas sí se dedican directamente a la implementación de hardware cuántico; otros, a la implementación del software cuántico; y otros nos dedicamos a lo que podríamos llamar periféricos o elementos que ayudarían al desarrollo de esa computadora cuántica o, más en general, de las tecnologías cuánticas, que no sólo abarcan la computación. En concreto, un ordenador cuántico es una de las esperadas y cada vez más cercanas aplicaciones de las tecnologías cuánticas. Su objetivo sería permitir realizar cálculos y simulaciones que son ahora mismo impensables para un computador convencional, aunque sea el mayor súper computador que podamos imaginar.

¿En qué se diferencian este tipo de ordenadores de uno convencional?

Un ordenador convencional se basa esencialmente en dos componentes: uno serían los bits, que, como sabemos, pueden tener sólo dos estados posibles, que identificamos normalmente con el 0 y el 1. O con una bombilla encendida o apagada. El otro componente son las puertas lógicas, que nos permiten hacer operaciones. Por ejemplo, una puerta permitiría hacer la suma de dos bits. Un ordenador cuántico es parecido, pero esos bits y esas puertas no son clásicas, sino cuánticas: las llamamos “cubits” y “cugate” y se aprovechan de algunos fenómenos que son exclusivos a la física de lo muy pequeño, la física de los átomos y los electrones, del mundo subatómico, que es la física descrita por la mecánica cuántica. Esta física tiene dos propiedades importantes: la superposición de estados, es decir, mi bombilla no puede estar sólo encendida o apagada, sino que también puede estar en una mezcla de ambos estados; y lo que llamamos el entrelazamiento, que nos entrelaza dos de estas bombillas de una manera que no tiene análogo clásico, de forma que el estado de una bombilla determine el estado de otra, sin que haya contacto físico aparente entre ellas.

Con la posibilidad de hacer esos cálculos impensables con los ordenadores actuales, ¿qué tipo de utilidades tienen estos ordenadores cuánticos?

Una de las aplicaciones de las que más se habla y, posiblemente, que más interés ha movido es la criptografía. La encriptación segura de datos que utilizamos hoy en día para transmitir mensajes en Internet, la que utilizan desde los bancos hasta los usuarios de Whatsapp, se basa en que es enormemente fácil multiplicar dos números y obtener un resultado, pero es enormemente difícil hacer el proceso contrario: dado un número muy grande, encontrar dos números primos que multiplicados entre sí den como resultado el número grande. En eso se basa la seguridad de la encriptación actual. Resulta que ese proceso tan enormemente difícil sería fácil de hacer con un ordenador cuántico, con lo cual serviría para desencriptar: sería una amenaza a la seguridad en la transmisión de información. Esto es sólo una de las aplicaciones del futuro ordenador cuántico. En realidad, la que más nos interesa a los científicos no es esa, sino que estos ordenadores permitirán simular la materia a escala técnica, siguiendo las mismas leyes que rigen el comportamiento de la materia a escala técnica. Ahora, podemos simular, por ejemplo, el comportamiento de un único átomo, pero conforme vamos añadiendo átomos, la complejidad del cálculo aumenta exponencialmente, de manera que es casi imposible simular un número pequeño de átomos. Una simulación real que incluya las leyes de la mecánica cuántica, de la materia que compone nuestro universo y nuestro día a día, es casi imposible de realizar con ordenadores clásicos. Esto nos abriría la puerta a simular la materia tal y como es. Es interesante desde un punto vista fundamental: sería muy interesante entender cómo funcionan materiales como, por ejemplo, los superconductores o ciertos tipos de materiales magnéticos. Incluso fenómenos mucho más alejados de nuestro día a día, como son los que describen un agujero negro. Esto también tendría aplicaciones: entender cómo se pliegan las proteínas, cómo funcionan los mecanismos que hacen que un átomo tenga una función y no otra, diseñar fármacos, diseñar químicos para fertilizantes... En fin, un montón de aplicaciones muy interesantes para la sociedad.

Parece que serviría para cualquier desarrollo científico pendiente de hacer...

Sí, porque nos permitiría simular de verdad cómo es la naturaleza, que funciona según las leyes de la mecánica cuántica. Para imitarla, es indispensable conocer esas leyes y poder implementarlas en un hardware. Eso es lo que hasta ahora no podíamos hacer.

¿También podría servir para estudiar el comportamiento de virus nuevos, como nos ha ocurrido con el coronavirus?

No sabría decir, pero es muy posible que sí. Un virus es un elemento bastante complejo. El problema es que cada simulación de cada molécula, macromolécula o proteína requiere de un código que transforme ese objeto en algo que podamos computar, como si pudiéramos escribir un programa de ordenador que describa ese elemento. Claro, hablar de virus, quizá sería algo complicado, pero no me cabe duda de que con el enorme desarrollo que tiene toda la química cuántica que estudia este tipo de aplicaciones, será posible algún día. Desde luego, el diseño de proteínas y de macromoléculas sí será posible.

¿Cómo llegó usted a interesarse por este tipo de investigaciones?

Estudié Física en la Universidad de Zaragoza y me decanté por el estudio de la materia, lo que llamamos la Física del estado sólido, que estudia por qué las propiedades de los materiales son las que son. Por ejemplo, por qué los metales conducen la electricidad y la madera, no. Para entender ese tipo de cuestiones, uno siempre acaba encontrándose con la mecánica cuántica, que es la que describe cómo se comportan los átomos, que son los elementos últimos de la materia. Entonces, entender mejor este tipo de procesos siempre te acaba llevando a estudios de fenómenos cuánticos, que son los que más me atrajeron a mí, o estudios a muy bajas temperaturas, que es donde podemos observar este tipo de fenómenos... Las personas que me dirigieron la tesis en su momento también estaban muy interesadas en este tema.

¿Suele interesar también a otras mujeres?

No (ríe). La física, en general, es mayoritariamente masculina. Donde vas, te encuentras mayoría de hombres, siempre. Si, encima, te vas a tecnologías cuánticas o a este tipo de estudios que se acercan un poco más a las ingenierías, todavía más. Hay una parte de la física en la que sí encontramos más mujeres: en ciencias materiales, quizá porque está más relacionada con la química, con la biología... La física de materiales estudia procesos biológicos, pero si nos vamos a una rama que podríamos considerar más tecnológica hay cada vez menos mujeres. En tecnologías cuánticas, es un desastre. La proporcionalidad de mujeres en Congresos de esta rama es desastrosa. No creo que se trate de forzar a las chicas a que estudien carreras tecnológicas, pero sí deberíamos fomentar que cada uno estudie lo que le guste, sin que se sientan asustadas por un ambiente masculinizado, por ejemplo. También deberíamos esforzarnos en que los chicos se interesen por otras carreras que pueden estar más relacionadas con los cuidados.

¿Por qué cree que ocurre que las mujeres se interesan menos por la Física y menos todavía por algunas ramas en concreto? 

Creo que impone. Es muy compleja de entender y, a veces, creemos que tenemos que entenderlo todo al 100%. No creo que todas las personas que trabajan en este tema entiendan todo al 100%. Estoy segura de que no. Pero si alguien es muy auto exigente y quiere entenderlo todo y hacerlo todo muy bien, este tema puede bloquear. A veces, puede que las mujeres creamos que no vamos a ser capaces, pero por supuestos sí lo somos. Por otra parte, son temas en los que nos tenemos que acostumbrar a estar siempre rodeadas de hombres y eso, a mí me resulta cansado. Echa para atrás. Por ejemplo, voy a un congreso y sólo estoy rodeada de hombres. Tengo problemas para ir porque tengo hijos pequeños y no puedo irme una semana. En cambio, nadie más en ese congreso se enfrenta a ese problema: mis compañeros de trabajo se pueden ir de casa, tienen sus obligaciones familiares, pero tienen más libertad que la que puedo tener yo. Y, de repente, ocurre que todos los hombres que están en una conferencia se reúnen, se van de cervezas, se hacen amigos, hablan de física, surgen colaboraciones entre ellos... En esos ambientes, a veces las mujeres faltamos: porque puede que no nos apetezca ir a tomar una cerveza con diez señores o porque no podemos, por no querer desatender otras obligaciones. Nadie me obliga a quedarme en casa a cuidar de mis niños, pero es algo que también quiero vivir. Entonces, cansa ver que entre ellos han hecho piña, han hecho tropa, se invitan entre ellos, crean una especie de comunidad en la que cuesta más entrar a las mujeres.