Cooking Ideas - un blog para alimentar tu mente de ideas

Experimentos en computación cuántica en Los Álamos (EE.UU.)

Ordenadores insuperables. Potencia de cálculo más allá de lo imaginable. Máquinas capaces de resolver problemas inabarcables para los ordenadores actuales. Algoritmos exponencialmente más rápidos… Es normal que con esas descripciones los informáticos estén salivando como los perros de Paulov a la espera de que los físicos construyan la primera de tan poderosas máquinas. Pero el problema es no existe ningún ordenador cuántico todavía: tan solo un montón de teorías, experimentos y pruebas que a veces funcionan y a veces no, un montón de especulaciones sobre el tema e incluso algunos intentos controvertidos que más bien parecen estafas empresariales.

La computación cuántica abarca tantas ramas del conocimiento que es complicado dar una descripción completa: computación, teoría de la información, física de partículas, mecánica cuántica, matemáticas… El hecho de que además ande de por medio la siempre extraña y nada intuitiva mecánica cuántica tampoco ayuda: es tan compleja de entender que sus propios promotores no creían que más que un puñado de científicos fueran capaces de comprenderla realmente. Aunque tiene un enorme número de implicaciones prácticas –y vivimos rodeados de objetos tecnológicos que se basan en ella– su aplicación para crear ordenadores cuánticos es algo que todavía no se ha desentrañado completamente.

Del bit al qubit

En la computación cuántica la información se almacena en forma de qubits, la unidad mínima de «almacenamiento cuántico». A diferencia de los bits tradicionales, que sólo pueden almacenar un 0 o un 1, un qubit es mucho más rico y complejo: por simplificarlo se podría decir que almacena un 0 y un 1 a la vez, en un estado llamado «superposición cuántica». A medida que se aumenta el número de qubits que se manejan aumenta increíble la capacidad del ordenador, dado que puede representar y operar con mucha más información en pocos qubits. Los qubits además pueden convertirse con ciertas operaciones en bits tradicionales, de modo que sirven para guardar valores y transmitir información «clásica».

Pero para complicar las cosas los qubits heredaron las más extrañas, mágicas y casi fantasmagóricas propiedades de la mecánica cuántica: pueden entrelazarse unos con otros (una propiedad básica de su física) y utilizarse para teleportar información cuántica. Otra interpretación más extraña es la que hacen algunos físicos notables: dicen que en realidad un ordenador cuántico realiza todos los posibles cálculos con las variables de entrada que se le proporcionan (los qubits) en múltiples universos a la vez. Es sólo cuando observamos el resultado de todas esas combinaciones posibles cuando aparece el valor definitivo en nuestro universo. De vez en cuando incluso se publican trabajos sobre detalles tan aparentemente paradójicos –pero teóricamente posibles– como que un ordenador cuántico funcionaría mejor cuando está apagado que cuando está encendido. Procediendo de un terreno donde puede haber gatos que están vivos y muertos a la vez, tampoco es de extrañar.

Desde hace años los investigadores trabajan en crear los equivalentes a las unidades y conceptos básicos de las computadoras convencionales en sus homónimos cuánticos: puertas lógicas, algoritmos que realmente funcionen, corrección de errores… Con el paso del tiempo se han hecho avances para disponer de todo esto, pero a cambio han surgido nuevos problemas: la decoherencia (un tipo de interferencia) y otros tipos de «ruido» incómodos, especialmente cuantos más qubits participan en las operaciones. Muchos de ellos provienen del famoso efecto cuántico de que cuando un «observador» examina las partículas subatómicas está influyendo en su comportamiento por el mero hecho de realizar una medición sobre ellas. Es un mundo extraño, pero así es como parece funcionar.

Los avances hacia el ordenador cuántico programable

Con el tiempo se han encontrado algoritmos capaces de realizar pequeñas tareas, demostrando la valides de muchas de las teorías de la computación cuántica: cómo descomponer un número pequeño en sus factores primos, encontrar un valor en una reducida lista de datos… Pequeños avances pero lejos del objetivo del ordenador de uso general. También se sabe que la computación cuántica puede suponer a la vez la puntilla para los sistemas criptográficos de seguridad actuales –un ordenador cuántico no encontraría gran dificultad para romperlos– pero a la vez se descubrió que la criptografía cuántica sería definitivamente irrompible: así que es un mundo en el que ganan los buenos y pierden los rompecódigos.

En la comunidad científica no existe un consenso claro sobre si los avances que se han realizado hasta ahora, con máquinas de 2, 4 e incluso 15 qubits son suficientemente representativos como para alcanzar el objetivo de una computadora cuántica de uso universal. Más que ordenadores cuánticos generales, algunos parecen una especie de «sistemas que manejan información cuántica», pero poco más.

Grandes decepciones

La gran desgracia en este campo han sido los diversos fiascos de los últimos años. Sonado fue el del Sistema Cuántico Orión de la compañía canadiense D-Wave, que fue duramente criticado por los científicos. La futurista invención no pasó de ser una mera curiosidad, presentada con gran fanfarria pero de forma vaga y genérica; muchos de los que tuvieron acceso a ver cómo funcionaba ni siquiera creyeron que se tratara realmente de un sistema de 16 qubits reales. O que si lo era resultaría imposible «escalarlo» haciéndolo crecer más allá. Otros aseguraron que no era un «ordenador universal», en el sentido tradicional de que un ordenador debe ser capaz de ejecutar cualquier programa que se le prepare, de modo que no podía hablarse en propiedad de que fuera un «ordenador» cuántico. Algunos lo despidieron con una frase lapidaria: «Alan Turing estaría revolviéndose en su tumba.» Pasado el tiempo, la empresa adimitió que Orión no era un ordenador cuántico como tal y algunos de los dirigentes de la firma dimitieron tiempo después. No está claro si montaron el circo mediático simplemente para conseguir financiación o si es que ellos mismos se lo creían.

El estado actual de la computación cuántica

Casos como este, y la complejidad intrínseca del campo de la computación cuántica han hecho que cada vez haya más dudas sobre la viabilidad estos sistemas. Los trabajos teóricos y prácticos continúan poco a poco, con IBM a la cabeza. Hace poco anunciaron en la Universidad de Yale el primer procesador cuántico de estado sólido, aunque fue calificado como «un pequeño paso» por sus creadores, a la vista de los problemas que quedan por resolver. Es capaz de mantener la información contenida en los qubits por más tiempo que otros dispositivos, pero está lejos todavía de ser el santo grial.

Estos días un equipo del NIST presentó lo que llaman «el primer ordenador cuántico programable» capaz de trabajar con dos qubits. A diferencia de los ordenadores tradicionales, sus cálculos sólo tienen una fiabilidad del 80 por ciento, pero en ese terreno es precisamente en el que quieren trabajar para conseguir que sean tan infalibles como los actuales. Mientras tanto, el Santo Grial de los informáticos seguirá siendo una idea interesante a la que todavía le quedan unas décadas para convertirse en algo práctico… si es que la física lo permite.