El
físico español, al frente del único grupo en el sur de Europa que intenta
construir un computador cuántico, explica el anuncio sobre “supremacía
cuántica” de Google y la NASA.
El computador
cuántico de IBM, bautizado Q System One, fue exhibido en Las Vegas en enero de
2019.
José Ignacio Latorre es como un aviador en la época en
que apenas se estaban inventando los aviones. Dirige el único grupo en el sur
de Europa que está
intentando construir un computador cuántico: máquinas que, apoyadas en
las leyes del mundo de los átomos, prometen cambiar para siempre todo nuestro universo tecnológico,
llevando la capacidad de cálculo a cifras casi impensables.
Latorre obtuvo su doctorado en Física de partículas en la
Universidad de Barcelona y más adelante fue becario Fulbright en el MIT (EE.
UU.). Completó un posdoctorado en el Instituto Niels Bohr, de Copenhague, y es
profesor titular en la Universidad de Barcelona en Física teórica.
Hace
poco Google y la NASA anunciaron que habían logrado que un procesador cuántico
realizara un cálculo en tres minutos y veinte segundos que le tomaría unos
10.000 años a la supercomputadora más avanzada de hoy, conocida como
Summit. En esta entrevista Latorre ofrece su perspectiva sobre la importancia
del anuncio y la carrera “cuántica” que se desató en el mundo.
La noticia de Google-NASA ha creado mucha expectativa, pero también aparecieron
críticas y cuestionamientos sobre su veracidad. ¿Cuál es su opinión?
Es
una noticia muy importante que esperábamos hace como tres años. Significa que
lograron un cálculo que mantiene lo que se llama coherencia cuántica durante un
tiempo suficiente y con un número de cúbits suficiente como para que no sea
reproducible por un ordenador clásico. Esto es un resultado admirable
desde el punto de vista técnico, porque no es nada fácil tener 53 cúbits. Recuerda
que 50 cúbits en un computador clásico requieren 2 a la 50 registros complejos.
Esto equivale a más de 300
terabytes. Es una barbaridad. Y además procesarlos todos.
La
mecánica cuántica opera en paralelo. La física clásica no es en
paralelo. Por eso no hay posibilidad de hacer eso con un ordenador clásico.
Google había dicho que estaba buscando esa supremacía cuántica. La verdad es
que se iba retrasando, pero
finalmente lo han logrado de una forma muy correcta y muy impresionante.
¿Qué
es exactamente la supremacía cuántica?
Quiere decir hacer un cálculo con un computador cuántico que no se puede reproducir
ni con el mejor computador del planeta.
Ellos dicen que lograron hacer en tres minutos lo que
tomaría 10.000 años en un computador clásico. ¿Es verdad?
Las críticas —que no son críticas, son solo un matiz— dicen es que el cálculo que se
ha hecho es inútil. Es
un cálculo que no ha calculado nada específico. Lo que han hecho es un
circuito que da un resultado aleatorio, pero que sabemos que tiene propiedades
cuánticas. Cuando se
intenta eso con métodos clásicos no se logra. La crítica es que el
cálculo no tiene utilidad intrínseca para los humanos.
¿Alguna
analogía para explicar un cálculo que no sirve para nada?
Imagínate que quieres construir un coche muy potente.
Estás en tu garaje y por primera vez te funciona el motor. ¿Has podido ir a
algún sitio con tu coche? No. Pero has logrado hacer el motor potente.
Necesitas todavía más potencia para hacer problemas útiles, pero has logrado un
motor muy serio.
¿Cómo
se construye un computador tradicional y uno cuántico?
Los
ordenadores clásicos se construyen con la tecnología que llamamos de
semiconductores. Es la física de semiconductores. Es hacer transistores.
Y el orden de magnitud de los transistores en un teléfono —que es un ordenador— es de unos
10.000 millones. Eso permite hacer una cantidad de cálculo tremendísima.
Para construir un
ordenador cuántico hay que llevarlo a un régimen donde las leyes de la física
cuántica sean las que controlen a la naturaleza. Para lograr eso hoy hay
varias propuestas. La de Google, la que ha funcionado, ha sido utilizar frigoríficos que enfrían a -273
grados Celsius. A esas temperaturas aparecen fenómenos como las corrientes
superconductoras, que se pueden controlar muy bien, con perfección. Ahí
se codifican los ceros y unos en forma de giros de las corrientes y como es mecánica cuántica
pueden estar en estado de superposición. Aparece toda la parafernalia
cuántica que aplica. El
gran éxito es bajar a esas temperaturas, lograr que se comporte según las leyes
cuánticas y que se mantengan esas propiedades durante un tiempo suficiente para
hacer el cálculo. Eso es lo que llamamos tiempos de decoherencia.
¿Qué
otros caminos existen?
Otra
es ionizar átomos que se atrapan por su carga eléctrica y se manipulan con
láser. Esa es la técnica que había dado mayor precisión, pero es muy
difícil escalarla. Es muy
difícil tener el control de más de veinte iones; para lograr supremacía
cuántica te tienes que ir a más de cincuenta. De ahí que de momento la
tecnología que avanza más rápido es la de corrientes superconductoras. Hay otras formas de hacer
cúbits. Una es con
resonancia nuclear magnética, aprovechando los diferentes núcleos de átomos de
moléculas; pero esa no escala nada bien.
¿Cuántas
operaciones por segundo puede realizar un computador cuántico?
Un ordenador cuántico no es que vaya más rápido; es que
utiliza una lógica diferente. En esos 53 cúbits cada cúbit puede ser un 0 y un 1 a la vez. Entonces hay un total de 2 a la
53 superposiciones. Es una barbaridad. Además se procesan en paralelo. El problema para hacer crecer un
computador cuántico es la lucha contra el error. La técnica que Google
dice que va a desarrollar es la que se llama técnica de corrección de error cuántico
o de códigos de superficie. Se supone que este es el siguiente paso de Google. No es para lograr un cálculo
útil, sino para mejorar la capacidad lógica de sus cúbits.
Es muy difícil para la mayoría de los que no estudiamos
física o matemáticas seguir la pista a estos temas, a pesar de la fascinación
que generan.
Hay
una barrera para meterse en el mundo cuántico que son las matemáticas y la
falta de intuición. Es como intentar discutir los detalles de la Novena
sinfonía sin saber solfeo. Se hace muy difícil. Afortunadamente la Novena sinfonía la puedes escuchar.
Imagínate que no puedes escucharla e intentáramos explicar su profundidad. Es un problema que siempre hemos
conocido en el mundo de la divulgación de ciencia. Se hacen analogías
imperfectas que llevan a confusión y de ahí que haya tanta gente que se crea
que hay sanación cuántica. Hay
mucha confusión por esta barrera matemática.
Hablando de analogías, ¿cuál puede ser la mejor que ha encontrado para describir
lo que ocurre en el núcleo de un computador cuántico?
Imagínate que quieres hacer un picnic y en las noticias
anuncian que hay probabilidad de lluvia del 40 %. ¿Que haces? Pues lo que haces es un plan A
si llueve y plan B si no llueve. Tiras adelante y haces todos los
cálculos. Si no llueve compro tal cosa, voy a tal lugar, busco a tales
personas; y si llueve mejor voy a cine, compro esto, hago esto otro. El mundo
cuántico te permite hacer esos planes, esos cálculos, al mismo tiempo. Trabajas con probabilidades, con
la información de que puede llover y no llover. Las procesas en paralelo.
¿Cuándo
cree que estos computadores comenzarán a hacer cálculos útiles?
Hay un cierto consenso de que un cálculo útil va a
necesitar unos 300 cúbits buenos. Mejores de los de ahora. Con los computadores
cuánticos se abre el camino a no buscar medicamentos por prueba y error sino a
buscarlos con cálculo. Es brutal. Es un salto conceptual. El resultado
inmediato que va a producirse es una avalancha de inversiones, porque un
computador cuántico muy grande, de un millón de cúbits, en principio puede
romper la criptografía que usamos hoy en día y eso quiere decir que quedan
descubiertos secretos bancarios, correos electrónicos, toda nuestra
criptografía. Eso pone en jaque la economía, la política, la seguridad... Es previsible que a corto plazo
haya un aluvión de inversión para buscar formas nuevas de criptografías.
¿Qué
tan avanzada está España en computación cuántica?
Mi grupo es el único que intenta hacer un computador
cuántico. Estamos en el camino de lograr una financiación seria. Espero que en
pocas semanas podamos hacer un anuncio de financiación extranjera. Es el único
proyecto en el sur de Europa. Ya tenemos prototipos: un refrigerador, un solo
cúbit, pero es un plan para avanzar.
¿Cuánto
cuestan estas inversiones para construir un computador cuántico?
En Estados Unidos son del orden de US$50 a US$100
millones. La financiación que estamos buscando está de US$5 millones hacia
arriba.
¿Qué
sueña lograr en esta carrera por la computación cuántica
En dos años tener 5 cúbits, en tres años tener 20 y en un
período de 5 a 7 años ser uno de los grupos más competitivos del mundo. Eso es
lo que sueño y creo que lo lograremos. En algoritmos ya somos un grupo potente.
Pero hace falta dinero.
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