"Viaje al futuro": Los gigantes tecnológicos están anunciando la computación cuántica como la próxima gran revolución, pero, ¿no estarán exagerando?

Normalmente, la llegada de una tecnología innovadora genra revuelo. La primera bombilla atrajo a cientos de espectadores a Menlo Park, Nueva Jersey, en 1879. Un siglo después, la gente volvió a reunirse en masa para ver cómo los superordenadores dotados de inteligencia artificial derrotaban a los grandes maestros del ajedrez. Las redes sociales anunciaron su llegada con un crecimiento masivo repentino. Cuando se descubre algo que realmente tiene el poder de transformar el mundo, todos toman nota de ello.

Pero los inversores en informática cuántica o computación cuántica, una tecnología que tiene el potencial teórico de superar a los superordenadores tradicionales, llevan un tiempo prometiendo una revolución que está a punto de llegar. El mayor impulsor es IBM, que ha estado promoviendo esta tecnología a través de vídeos en YouTube y podcasts patrocinados. Puede que superar la "barrera de los 100 cúbits" en noviembre, una hazaña realizada por el chip Eagle de IBM, no haya puesto aún patas arriba el mundo de la tecnología, pero es lo que la compañía pretende.

"Los sueños son un viaje en el tiempo hacia el futuro", afirma entusiasmado Darío Gil, director de investigación de IBM, en un vídeo en el que se anunciaba Eagle. "Definitivamente, hemos viajado al futuro", continúa.

IBM tiene un gran incentivo financiero para dar a conocer su potencial cuántico. Con Eagle, la empresa apuesta por la computación cuántica como el medio para devolverlos a la primera línea de los gigantes tecnológicos, junto a Google, Microsoft y Amazon, que están financiando sus propios esfuerzos cuánticos. 

Las compañías implicadas más pequeñas también luchan por entrar en este espacio. IonQ, que salió a bolsa el año pasado a través de una empresa de adquisición, cotiza a 1.000 veces sus ingresos anuales. D-Wave, que cuenta con el respaldo de Goldman Sachs y Jeff Bezos, también planea salir a bolsa a través de una SPAC. Un informe reciente estima que los ordenadores cuánticos podrían generar casi un billón de dólares de ingresos anuales en 2050, con aplicaciones que van desde la fabricación de automóviles y aviones hasta el desarrollo farmacéutico y las finanzas.

Pero el bombo y platillo sobre el futuro de la computación cuántica pasa por alto las limitaciones que tiene en el presente. Por el momento, los ordenadores cuánticos siguen siendo excesivamente lentos y presentan fallos que anulan su utilidad. A diferencia de la inteligencia artificial y la realidad aumentada, que ya cuentan con sólidos productos a punto de salir al mercado, la informática cuántica carece de un prototipo funcional con el poder convencer al público.

Tanto IBM como IonQ tienen "hojas de ruta" que prometen un procesador de 1.000 cúbits operativo para finales del próximo año. Pero los expertos coinciden en que, incluso si las empresas consiguen alcanzar ese objetivo tan significativo y convencen, un ordenador cuántico versátil que pueda realizar una serie de operaciones prácticas por sí mismo, fuera de un laboratorio, aún está a muchos años de distancia.

"Se producirá una mejora gradual de las capacidades", opina Celia Merzbacher, que dirige el Consorcio de Desarrollo Económico Cuántico. "Tienen que pasar muchas cosas para llegar a algo que se parezca a lo que hoy consideramos un ordenador", añade.

Lo que nos lleva a la pregunta que la mayoría de nosotros nos hacemos sobre la computación cuántica: ¿Qué es exactamente?

Cuántica 101

Durante décadas, la unidad fundamental de la computación ha sido el bit: un uno o un cero. Los ordenadores mecánicos de Charles Babbage utilizaban la posición de los engranajes y las palancas para registrar los bits. En una unidad flash, los bits se almacenan como cargas eléctricas en diminutas celdas magnéticas.

La computación cuántica, en cambio, funciona con cúbits o bits cuánticos, que pueden ser un uno, un cero o una combinación de ambos, algo extraño y ambiguo conocido como superposición. Esto es posible porque las partículas subatómicas desafían el sentido común, apareciendo y desapareciendo de formas que siguen sorprendiendo y desconcertando a los físicos. Los fotones, por poner un ejemplo, forman un patrón con bandas claras y oscuras cuando se disparan a través de una barrera con 2 rendijas. Pero si se intenta utilizar un detector para observar por qué rendija ha pasado cada fotón, el patrón desaparece.

La promesa seductora del cúbit reside en su poder exponencial. 2 bits regulares pueden utilizarse para representar 4 estados: 00, 01, 10, 11, pero solo uno de esos estados en un momento dado. En teoría, 2 cúbits podrían representar los 4 estados al mismo tiempo y luego resolver cualquier estado que se necesite para solucionar un problema determinado. Esto significa que el Eagle de 127 cúbits tiene un potencial de cálculo miles de millones de veces superior al de un superordenador clásico.

El problema es que es increíblemente difícil conseguir que todos esos cúbits funcionen juntos. 

Con la tecnología actual, mantener un estado de superposición incluso en un bit cuántico es una tarea difícil. Las partículas subatómicas son sensibles a pequeños cambios en su entorno. Los científicos han intentado estabilizar sus procesadores cuánticos almacenándolos a temperaturas extremadamente frías, pero no ha habido mucha diferencia. 

Así que, por ahora, la computación cuántica depende de una subdisciplina llamada "corrección de errores cuánticos", que suele consistir en ejecutar el mismo código una y otra vez, a través de múltiples cúbits, y utilizar la probabilidad para corregir los errores aleatorios.

La necesidad de corregir errores ha llevado a los científicos a distinguir entre cúbits físicos, como los que componen el Eagle, y cúbits lógicos más idealizados, que son lo suficientemente fiables como para programar con ellos. 

Según la mayoría de las estimaciones, se necesitan 1.000 cúbits físicos para obtener uno lógico. Por lo tanto, aunque IBM alcance esa meta de 1.000 bits cuánticos el año que viene, solo habrá conseguido la capacidad de cálculo de un solo bit tradicional: un ordenador con una fracción de la potencia de una consola de los años 80.

Sankar Das Sarma, físico teórico de la Universidad de Maryland (Estados Unidos), con muchas publicaciones sobre la informática cuántica, cree que la tecnología es real y tiene un enorme potencial a largo plazo. Pero es escéptico sobre las perspectivas a corto plazo.

Aseverar que tendremos 1.000 o un billón de bits cuánticos en algún momento es una afirmación sin sentido a menos que las propiedades de esos cúbits tengan especificaciones técnicas muy bien definidas. Uno puede tener fácilmente tantos cúbits como quiera, si son lo suficientemente malos desde el punto de vista computacional", sentencia.

Posibles aplicaciones

La necesidad de un nuevo modelo de ordenador más potente es real. Durante décadas, como predijo la ley de Moore, la potencia de los ordenadores ha crecido a un ritmo exponencial. Pero ese crecimiento ha empezado a ralentizarse, limitado por la realidad física. En términos sencillos, estamos llegando al límite del número de transistores que podemos meter en los chips que alimentan los ordenadores clásicos. Y si esos transistores no pueden ser más pequeños, las señales eléctricas que circulan por los chips no pueden ser más rápidas. Nuestros ordenadores siguen siendo más inteligentes y rápidos, pero estos avances están empezando a estabilizarse.

Sin embargo, los bits cuánticos no están acotados por los límites tradicionales de espacio y tiempo. Existen en múltiples estados simultáneamente, lo que significa, al menos en teoría, que podemos desplegar vastos ejércitos de ellos para que cumplan nuestras órdenes computacionales, si conseguimos averiguar cómo aprovechar su naturaleza cambiante.

Como suele ocurrir, hay 2 aplicaciones principales que impulsan los cambios tecnológicos: la vigilancia y las finanzas.

Como cada vez hay más datos protegidos por el cifrado de doble clave, los gobiernos están ansiosos por encontrar la forma de descifrar el código. Para ello es necesario averiguar los factores de números semiprimos muy grandes, un problema que llevaría miles de millones de años a los ordenadores clásicos más potentes. 

En cambio, un procesador cuántico con miles de cúbits lógicos y con corrección de errores podría descifrar correos electrónicos y otras comunicaciones casi al instante, permitiendo a los gobiernos leer los mensajes mientras están en tránsito. Se dice que muchos países están almacenando petabytes de datos encriptados transmitidos por sus adversarios, con la esperanza de que la computación cuántica los haga legibles algún día.

Al mismo tiempo, Estados Unidos está trabajando en la creación de un estándar de "criptografía post-cuántica" que pueda sobrevivir a un ataque de cúbits. "No es descabellado pensar que habrá un caos total", dice Miles Taylor, que ayudó a organizar el esfuerzo como jefe de personal del Departamento de Seguridad Nacional. "Alguien tendrá una enorme ventaja asimétrica. Podría ser IBM o podría ser el Partido Comunista Chino". Al preguntarle por los plazos, Taylor responde que podríamos ver un ordenador cuántico capaz de descifrar las actuales tecnologías de encriptación "en una década".

Otro sector que ha apostado fuerte por el potencial de la cuántica es el financiero. D-Wave, la empresa que cuenta con el respaldo de Goldman Sachs, está comercializando servicios de optimización de carteras a empresas financieras, prometiendo mayores rendimientos con menor riesgo. A los ordenadores clásicos les cuesta resolver rápidamente lo que se conoce como problemas de "optimización combinatoria", como la mejor manera de asignar las inversiones en una variedad de escenarios. Un analista, por ejemplo, indica que los ordenadores clásicos tardaron un mes en realizar una simulación detallada de riesgo de cola sobre los efectos de una catástrofe de baja probabilidad en los mercados.

Otra aplicación del mundo real en esta categoría es el llamado problema del agente viajero, que trata de calcular la ruta más corta posible de una ciudad a otra, un área con aplicaciones obvias para la logística de las entregas y también las rutas de suministro militar. El año pasado, cuando el ejército australiano utilizó la informática cuántica para probar sus sistemas frente a retos logísticos conocidos, un jefe militar advirtió que la tecnología estaba aún en la "fase de prototipado" y que los ordenadores cuánticos seguían siendo "demasiado pequeños y frágiles para dar soluciones útiles".

Un largo camino por recorrer 

Incluso los limitados éxitos atribuidos a los ordenadores cuánticos no son siempre tan revolucionarios como parecen. Muchos ordenadores cuánticos, incluidos los optimizadores de carteras de D-Wave, son máquinas híbridas que funcionan en tándem con los ordenadores clásicos. Lo mismo ocurre con casi toda la potencia de la computación cuántica que es accesible al público a través de la nube. El bit hace todo el trabajo duro, y el cúbit se lleva el mérito.

El sector también enfrenta una falta de acuerdo sobre las definiciones básicas. En 2019, Google e IBM se mostraron en desacuerdo sobre si el procesador Sycamore de Google había logrado realmente la "supremacía cuántica" al realizar una tarea computacional a medida en 3 minutos. Google insistía en que un ordenador clásico tardaría miles de años en completar la misma tarea. IBM argumentaba que tardaría días.

Sin embargo, si tu empresa está captando capital para startups cuánticas, estas cuestiones suelen descartarse como detalles insignificantes. La computación cuántica surgió en una cultura de salidas a bolsa que tradicionalmente ha estado dispuesta a apostar a lo grande por una tecnología de alto riesgo y alta recompensa. Como el propio cúbit, el futuro de la informática cuántica sigue siendo muy teórico.

El físico Das Sarma compara los esfuerzos actuales en materia cuántica con el intento de construir un teléfono inteligente a partir de tubos de vacío centenarios. Puede que los principios básicos estén establecidos, pero la ingeniería no ha tenido tiempo de ponerse al día. Como resultado, la computación cuántica, al igual que sus predecesores, podría permanecer en un estado rudimentario durante mucho tiempo.

"El ábaco egipcio era en realidad un ordenador. Pero no uno especialmente bueno", sentencia Das Sarma.