Ordenadores cuánticos, o la “magia” que dará respuesta a (casi) todo

No habrá un ordenador cuántico en el salón de casa, pero eso es lo de menos cuando se habla de uno de los desafíos más prometedores que la ciencia tiene por delante. Para entender bien qué es un ordenador cuántico, Germán Sierra, profesor del Instituto de Física Teórica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), lo explica de la forma más sencilla posible: “Es una máquina que consiste en un conjunto de átomos que llevan a cabo un proceso que equivale a tener  muchos ordenadores clásicos trabajando en paralelo. Al final del proceso se hacen interferir todos esos resultados y se obtiene uno solo”.

Lo que se consigue con ese mecanismo es una potencia muy superior que la que pueda albergar el ordenador convencional más potente del mundo. “Por eso es tan importante desarrollar ordenadores cuánticos”, tercia el profesor. “Nos ayudarán a resolver problemas que, hasta ahora, no tienen respuesta”.

Los fenómenos 'casi mágicos' que se dan en su interior hacen de los computadores cuánticos un concepto de difícil comprensión. Quizás haya que empezar desde el principio para entenderlo todo. Como el propio nombre indica, los ordenadores cuánticos funcionan según los principios de la física cuántica. Pero, ¿qué es exactamente la física cuántica y, concretamente, en qué se diferencia de la física clásica? Sierra lo explica así: “Es la física que describe el mundo de lo más pequeño: los átomos, los electrones y los fotones”.

En esas escalas, continúa, “las leyes que funcionan son las de la mecánica cuántica, son distintas a las de la física clásica, la que empleamos en el mundo macroscópico en el que nosotros nos movemos”. Por simplificar y a riesgo de repetir en demasía, los ordenadores convencionales funcionan en base a las leyes de la física clásica y los cuánticos, de la cuántica. El investigador explica que, mientras que un computador como el que  todos tenemos en casa transmite información a través de bits –la unidad mínima de información, ceros y unos–, el ordenador cuántico lo hace a través de los cúbits, o bits cuánticos. “Los cubits siguen empleando el cero y el uno, pero en este caso entran en juego los denominados estados cuánticos”, aclara.

“Tú imagínate que tenemos un electrón”, reta el profesor. “Ese electrón tiene dos estados: el cero y el uno”. Hasta ese punto todo es como en la física clásica, pero existe una nueva posibilidad que es lo que lo cambia todo: la superposición. “Podemos superponer el cero y el uno y eso sería un nuevo estado cuántico”. La peculiaridad de esto, aclara Sierra, “es que cuando volvemos a mirar ese electrón hay un 50% de posibilidades de encontrar un cero y un 50% de encontrar un uno”. Teniendo en cuenta ese fenómeno, “las distintas combinaciones, en la práctica, son infinitas”.

En otros palabras: “La información que podemos meter en un bit cuántico es infinita”. Con todo,  mientras que en los ordenadores clásicos se emplean únicamente el cero y el uno –los bits– como flujos de información, en un ordenador cuántico se emplean todas las superposiciones posibles entre ambos.

Y ese no es el único fenómeno reseñable que se produce en la física cuántica. También es importante hablar del entrelazamiento. Einstein lo definió como “una espeluznante acción a distancia”. ¿En qué consiste? Concretamente en generar parejas de cúbits que se comporten de la misma forma, es decir, que con la variación del estado de uno de los dos, se altere automáticamente el estado del otro. Y aquí viene la bomba: esa relación se mantiene incluso a distancias muy largas. Aunque se sabe que existe y se pudo fotografiar por primera vez en 2019 en la Universidad de Glasgow (Escocia), tal y como publicó la BBC, los científicos no han podido precisar todavía por qué se produce. Lo que sí se sabe es que el fenómeno multiplica exponencialmente la capacidad de procesamiento y la potencia de un ordenador, lo que le permite realizar cálculos complejísimos.

Google y la guerra por la supremacía cuántica

En pocas palabras, la supremacía cuántica es la capacidad de los ordenadores cuánticos para resolver problemas a los que los ordenadores convencionales no son capaces de enfrentarse. Hasta el momento, tal y como indica el profesor, “los cuánticos son todavía muy pequeños y tienen mucho ruido” (dan muchos errores, hay que mejorarlos), pero Google ya habría dado un paso de gigante para hallar esa supremacía cuántica. En octubre de 2019, la revista Nature publicó que la empresa norteamericana habría logrado realizar un cálculo matemático en 200 segundos para el que un ordenador convencional habría tenido que invertir 10.000 años.

Se trata de todo un hito. No obstante, la empresa IBM –la otra parte de la guerra por colgarse la medalla de la supremacía cuántica– puso en tela de juicio la veracidad de lo anunciado por Google. Según IBM, un ordenador convencional podría hacer el mismo cálculo en dos días y medio, lo que querría decir que la empresa que dirige Sundar Pichai no habría logrado nada de nada. Ni siquiera la física escapa de las guerras comerciales.

Actualmente, con independencia de la veracidad del hallazgo de Google, los ordenadores cuánticos todavía precisan de muchas mejoras. Los 50 cúbits de potencia que se manejan en los laboratorios ya confieren a los aparatos una capacidad de procesamiento muy superior a la de los ordenadores convencionales. Sin embargo, el objetivo es multiplicar esa potencia y tratar de dar respuesta a grandes problemas financieros, de investigación farmacéutica, físicos y un largo –o eterno, infinito– etcétera.

Además, como apunta el profesor Sierra, los ordenadores cuánticos son sostenibles, puesto que consumen menos energía que un superordenador convencional. De todos modos, lo dicho: en principio no van a ser máquinas de uso cotidiano ni de estar por casa. Primero, porque para ver una película o tuitear ocurrencias no son necesarios 50 cúbits de potencia. Segundo, porque la mecánica cuántica con la que funcionan tiene que estar a temperaturas de -273ºC. Para alcanzarlos, hasta la nevera tendría que ser cuántica.