El desarrollo de la computación cuántica, llamada a revolucionar la informática tal y como la conocemos al disparar exponencialmente la capacidad de cálculo de las máquinas, está experimentando avances notables en los últimos años. El último lo protagoniza IBM: la empresa estadounidense presentará este martes, en un evento propio, Eagle, su procesador cuántico de 127 bits cuánticos, o qubits. Su potencia duplica la de Zuchongzhi, desarrollada por ingenieros de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad Tsinghua de Pekín y que hasta ahora era la más avanzada y que, según publicaron sus creadores en la revista Science, había logrado resolver en unos tres minutos un problema de generación de números aleatorios en el que los superordenadores clásicos más potentes del planeta habrían invertido 600 millones de años.
El nuevo procesador de IBM tiene la capacidad de pulverizar esa marca. “Eagle es un hito porque supera la barrera de los 100 qubits. Ha llegado ya al límite en el que ya no se puede simular su potencia de cálculo con procesadores clásicos”, dice por videollamada Zaira Nazario, responsable técnica de Teoría y Aplicaciones de Computación Cuántica de la empresa. Según la propia compañía, el número de bits clásicos necesarios para igualar la potencia de cálculo del procesador de 127 qubits supera el número total de átomos en los más de 7.500 millones de personas vivas en la actualidad.
El avance es importante, pero todavía estamos lejos de que los ordenadores cuánticos lleven a la informática hasta un nivel desconocido. Para eso hará falta que su potencia ronde el millón de qubits. “La llegada del procesador Eagle es un paso importante hacia el día en que las computadoras cuánticas puedan superar a las computadoras clásicas en niveles significativos”, contextualiza el español Darío Gil, vicepresidente de IBM y director de investigación, en un comunicado. La tecnológica pretende tener listo el año que viene un nuevo procesador de 433 qubits y, para 2023, otro de 1.121.
IBM y Google lideran la carrera por producir el primer ordenador cuántico de uso comercial, competición en la que también participan otras empresas como Microsoft o Intel. Eso en el plano empresarial, porque en el geopolítico el partido lo juegan EE UU y China con Europa como observadora. Siguiendo con esta lectura, EE UU se puede anotar un tanto, aunque tiene todas las papeletas de perder el encuentro. Las cifras son tozudas cuando hablamos de inversión en I+D. Y el desembolso de China no tiene rival: entre 2017 y 2020 aportó unos 10.000 millones de dólares a los programas de computación cuántica de sus centros de investigación. EE UU quiere dedicar 1.200 millones hasta 2023, mientras que la UE pondrá 1.000 millones hasta 2026.
Física teórica convertida en tecnología
Como su nombre indica, la computación cuántica aprovecha la naturaleza cuántica fundamental de la materia a niveles subatómicos para ofrecer la posibilidad de una potencia de cálculo enormemente mayor. Los ordenadores convencionales trabajan con un sistema binario: el de los dígitos 0 y 1 (de ahí el término digital). Esos 0 y 1, los bits, se traducen en el mundo físico en pequeñas corrientes eléctricas que se producen en los transistores. En un chip moderno de última generación hay miles de millones de transistores, capaces de realizar complejas operaciones en segundos. Pero, por más que avance la miniaturización, llegará un momento en el que no se puedan meter más transistores en un solo chip.
La computación cuántica derriba esas barreras físicas con una propuesta que desafía al entendimiento: en vez de usar transistores que puedan generar estados 0 o 1, utiliza los llamados bits cuánticos, o qubits, que pueden estar en 0 o 1 y también en una superposición de ambos estados. Esa superposición de estados, así como otras propiedades como el entrelazamiento cuántico, es lo que posibilita una capacidad de computación exponencialmente mayor (el número de operaciones crece de forma exponencial, dos elevado a n). Con dos qubits se pueden hacer cuatro operaciones; con 10, 1.024, y así sucesivamente.
El desarrollo de la infraestructura necesaria para alojar y explotar los qubits es complejísimo. Emplean microondas, trampas de iones o anillos superconductores. Los ingenieros han tenido que afrontar problemas como la refrigeración del procesador (los qubits necesitan operar en temperaturas cercanas al cero absoluto, -273 grados) o el aislamiento total de su entorno, en tanto que cualquier interacción (como el ruido) puede desestabilizarlos.
Es difícil saber hasta dónde llegarán estos nuevos ordenadores si se siguen perfeccionando. Por lo pronto, se espera de ellos que impulsen significativamente la investigación de nuevos materiales, el desarrollo de medicamentos, la exploración del universo o que resuelvan problemas relacionados con el aprendizaje automático (machine learning), la técnica de inteligencia artificial más prometedora del momento.
La criptografía que se usa hoy en día quedaría al descubierto cuando la computación cuántica alcance cierto estado de madurez. “Si creas una tecnología revolucionaria también tienes la responsabilidad de mitigar los riesgos que trae consigo”, opina Nazario. “En este caso se han desarrollado otros mecanismos criptográficos que la computación cuántica no puede romper. Las instituciones que quieran mantener a salvo sus datos durante décadas deberían apostar ya por esos métodos”.
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