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Escuchar al mimo, leve historia de una computación cuántica

Escuchar al mimo, leve historia de una computación cuántica.

A nadie se le ocurriría pensar que tocando dos veces una misma pieza musical, su misma partitura, nota por nota, el oyente escuche grandes variaciones o, incluso, una obra completamente diferente en cada caso. Mucho menos, pienso yo, tendrían lugar situaciones en donde el músico toque su instrumento y la gran mayoría de las notas no suenen, sean mudas, difusas, a pesar del movimiento de manos, del gesto en vano. Como si se tratase de una especie de mímica inútil que el artista se empeña en ejecutar. Y aunque este absurdo resulte artísticamente atractivo para un público que complemente la escucha con sorpresa escénica, siempre habrá quien reclame "vamos, que he venido a un concierto. Qué es esta pantomima y esta obra tan distinta de la que se anunciaba en el programa".

La física cuántica bien podría describirse como este curioso concierto en donde no todas las notas se oyen, donde la obra podría variar en cada ejecución y donde, a pesar de su aparente inutilidad, la parte de mímica es fundamental. Los que saben intentan comprender y llegan a la conclusión de que si no se entiende está bien. Los que imaginan, en cambio, se atreven a soplar la línea del horizonte y a apreciar cierta sombra, cierta sospecha, cierto rastro, una leve presencia de las notas mudas en las que sí se escuchan.

Esta nueva física surgió como una respuesta a la química de finales del siglo XIX y comienzos del XX, que no lograba explicar algunos experimentos con las teorías con las que se contaba hasta ese momento. De ahí que los libros académicos estén teñidos de términos como "átomos", "energías", "electrones", "fotones", "spines", "superconducción", "absorción", "emisión", “espectros”... Desde entonces ha pasado más o menos un siglo. Hoy su contexto es otro. Su papel ya no es sólo el de dar respuestas a la química sino que se ha materializado en la creación de nuevas tecnologías. Una de ellas es la computación cuántica.

Profesora Anne L'Huillier, Premio Nobel de Física 2023 haciendo un repaso sobre la historia de la física cuántica en la sede de la UNESCO, París, 2025.

A no confundirse, sobre hombros de gigantes

Se dice que la computación cuántica es disruptiva. Algo es disruptivo cuando rompe y aparta. Precisamente contra eso hay que luchar a la hora de intentar una transferencia tecnológica hacia la empresa y la industria. Del lado receptor hay preguntas muy concretas: ¿qué?¿cómo?¿cuánto? y, lo que más reclama el sector privado, ¿cuándo? No seducen a nadie aquellas frases hechas como “el futuro es hoy” o que “la realidad es cuántica”. El futuro... Ya llegará en su momento, y la realidad... Hay diferentes modelos para describirla. Pueden ser de brocha gorda como la física newtoniana o de pincel fino como la mecánica cuántica. Cada uno funciona muy bien en su ámbito. Sobre qué es la realidad se ocupan los filósofos. La ciencia describe y, en el mejor de los casos, predice. No es poco. ¿Por qué la computación cuántica ni rompe ni aparta? Pues porque es un paso más de los (por lo menos) dos caminos que nos trajeron hasta aquí. Ponerse de pie sobre hombros de gigantes, naturalmente.

Camino 0. Un leve repaso. A lo largo de la historia de la humanidad se han empleado diferentes herramientas de cómputo. Cuñas con la que se hacían marcas cuneiformes sobre tablas de arcilla, quizás para contar ovejas. El ábaco. Reglas de cálculo basadas en las geometrías y desplazamientos relativos entre sus componentes. Calculadoras mecánicas accionadas con una manivela. Un día aparecieron sistemas que empezaron a incorporar el electromagnetismo como alternativa para agilizar el lento movimiento de las piezas mecánicas. Luego, los tubos de vacío dieron lugar a los primeros ordenadores basados completamente en fenómenos electromagnéticos, hasta finalmente llegar al transistor moderno, gran hito de la computación y de la tecnología en general.

Cuantos más transistores, mayor poder de cómputo se tiene. De allí la carrera por construir transistores más y más pequeños. El desafío es aglutinar una mayor cantidad de ellos sin tener que incrementar el tamaño de los chips, si no... Nuestros ordenadores serían enormes y casi mejor usarlos de estufa. Pero claro, curiosamente la naturaleza nos pone ciertos límites. En este caso, el límite de lo pequeño. Allí los electrones se escapan de los cables, las corrientes pueden fluir en direcciones insólitas. En fin, nos topamos con un mundo de magia y fantasía. Una verdadera pesadilla para los temerarios ingenieros que se atrevan a fabricar un transistor bajo esas monstruosas y diminutas dimensiones. ¿Y si en lugar de luchar contra la pequeñez del mundo, aceptamos sus leyes y le buscamos una vuelta para usarlas a nuestro favor? Quizás así podamos construir una unidad de información basada en nuevos principios y llamarle q-bit.

Camino 1. En los años 80 alguien planteó en aulas universitarias un novedoso abordaje para solventar el inasumible coste computacional requerido al estudiar los sistemas físico cuánticos. Concretamente, lo que sucede es que por cada parámetro que uno contemple del sistema físico cuántico, el incremento en el costo computacional es exponencial. Si se agrega el doble, el costo es cuádruple; si se agrega el triple, el coste es óctuple; y así sucesivamente. Este tsunami puede controlarse si en vez de poner murallas ponemos otro mar. Si utilizamos otro sistema cuántico, es decir, un segundo sistema que oficiará de herramienta de cómputo para estudiar al primero. ¡Vamos! No seamos tímidos, pongámosle nombre: estamos hablando de un ordenador cuántico.

Pintura de un ordenador cuántico en los pasillos de la sede de la UNESCO, París, febrero 2025.

El camino, las huellas

Durante las décadas iniciales del presente siglo se han ido fabricando los primeros ordenadores cuánticos. Parece haberse configurado una auténtica Torre de Babel en donde los tipos de dispositivos operan y funcionan bajo condiciones muy diferentes unos de otros. Sin una estandarización universal en cuanto a la forma de programarlos, con claroscuros sobre la utilidad en relación a ventajas o alguna clase de beneficio frente a la tecnología clásica. Vaya terreno fértil para el lobby en el mundo del negocio y syllabus académicos. Sucedió con toda nueva tecnología en su estadío emergente. La computación cuántica también es susceptible a ello. A no rasgarse las vestiduras. Llegar hasta el transistor ha sido un camino muy arduo de idas y vueltas.

El protocolo para sacar adelante una computación cuántica es el de toda la vida en cuanto a avances tecnológicos se refiere: no tener miedo a la equivocación, permitirse el error. Las bases científicas de la física cuántica se conocen bastante bien. Quizás hay que enriquecer un poco más la juntura entre el bagaje teórico y la fabricación del hardware, por ejemplo, formando a ingenieros (micro)electrónicos con especialización en mecánica cuántica. Sobre qué problemas resolverá la computación cuántica... Tal vez hay que dinamizar el flujo de información entre las distintas capas del stack de ciencias completo, es decir, fomentar el diálogo entre diciplinas más analíticas como la física, la química y aquellas coarse-grained como la bioquímica, la genética, la medicina. Las tendencias han ido cambiando muchas veces en base a influencias de los lobbys. Desde problemas financieros, logísticos, extrapolaciones forzadas de machine learning, en los inicios, hasta algunas líneas recientes que van en la dirección de la farmacología y la ciencia de materiales. Todo pasa, todo queda.

Anticipación del impacto social

Clarificar una computación cuántica para qué evidentemente es un punto central. Pero no debe perderse de vista que la llegada a tierra tendrá, cuando suceda, un impacto social. Hay organizaciones que se ocupan de debatir cómo afectará a la humanidad el uso, acceso y disponibilidad de las tecnologías cuánticas. Específicamente, la preocupación reside en evitar que sean un componente más de la brecha digital por países, clases sociales, edades, etcétera. La educación a todos niveles es, como siempre, un contrapeso para diluir el impacto de esta brecha. Pero no es el único vector. El arte, la filosofía, los medios de comunicación, decisiones políticas, las élites nacionales, las inversiones del sector privado, también cumplen su rol. Simplemente un agregado más. Además de la brecha digital, hay que considerar y, llegado el caso, anticiparse a una guerra tecnológica que en algún momento puede incluir a la computación cuántica y que por ahora parece manifestarse intermitentemente en cuestiones como la fabricación de chips o la localización geográfica de data centers. De hecho, resulta curioso que el acceso a la mayoría de los ordenadores cuánticos se hace a través de la nube, estando localizados físicamente en las sedes de los fabricantes o en alguna universidad o centro de investigación muy específicos. Hay limitaciones técnicas para que sea así: nadie puede tener un dispositivo de estos en su casa o llevarlo en su bolsillo, por ahora. Pues si la tecnología termina de consolidarse ofreciéndose de ese modo remoto, algunas acciones anticipatorias a tener en cuenta son la democratización del acceso y la protección de los datos enviados a los agentes que brindan el servicio.

Algunas conclusiones al pillar el tren

Llegamos a 2025. Las Naciones Unidas lo han catalogado como el Año Internacional de La Ciencia y Tecnología Cuánticas. Hay un nuevo contexto histórico tecnológico mundial. Inteligencias artificiales, guerras comerciales, reaperturas de debates sobre fuentes y usos de la energía. La computación cuántica no se sabe para qué sirve. O, la computación cuántica sí que se sabe para qué sirve. Ambas son posturas fundamentalistas. Los convencidos no se permiten la equivocación. Lo que sí sabemos es que este nuevo cacharro del que tanto se habla funciona de acuerdo a las leyes de la física cuántica. Promete procesar la información de una manera diferente. Quizás más rápido. Quizás ahorrando energía. La sombra de notas mudas en las que escuchamos, la parte de mimo en el músico ahora devenido otra clase de artista. Metáforas que podrían darnos pistas sobre el papel, utilidad, riesgos y desafíos de una computación cuántica. ¿Se trata de estar preparados?¿el futuro es hoy? Bueno... más bien se trata de viajar en tren teniendo a dónde ir. Y a no llamar al gato con silbidos.

Biografía del autor

Ezequiel Murina trabajó muchos años en “el CERN latinoamericano”, la Comisión Nacional de Energía Atómica de Argentina. Es doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de fisicoquímica computacional y tiene una licenciatura en física por parte de la Universidad Nacional de Córdoba. Tras una estadía en el International Center For Theoretical Physics de la ciudad italiana de Trieste, enfocó su carrera profesional a la transferencia de nuevas tecnologías a la industria y la empresa. Radicado en España desde el año 2019, formó los primeros equipos especializados en algoritmia cuántica en ese país. Actualmente trabaja en la startup Pierre Menard.