Computación cuántica – Un viaje entre la curiosidad y la revolución tecnológica
¡Amigos y amigas de la tecnología, menuda aventura la que tenemos por delante con esto de la computación cuántica!
Os habla alguien con más cachivaches electrónicos en casa que espacio en las estanterías. Me chifla la programación, la electrónica y desmontar aparatos solo para ver qué llevan dentro (a veces hasta vuelven a encender después). Pero, si estamos hablando de la siguiente gran sacudida tecnológica, pues no puedo quedarme con los brazos cruzados.
¿Qué tiene de especial la computación cuántica?
La clave está en que deja en pañales el concepto de bit clásico (0 o 1) sustituyéndolo por el qubit, que puede ser 0 y 1 a la vez gracias a la superposición cuántica. Esto se traduce en una potencia de cómputo que crece a un ritmo que ni el mejor exponente se había imaginado. Pero es que además está el entrelazamiento cuántico, que vincula qubits de tal forma que, si mides uno, afectas al otro ipso facto, aunque se encuentre en la otra punta del globo.
Os suena a ciencia ficción, ¿verdad? Yo también me quedé a cuadros la primera vez que lo vi explicado, y aún más cuando descubrí que varios experimentos respaldan estas teorías (no es solo un humo teórico). En arXiv 2201.04093 y arXiv 2105.09942 lo exponen con más detalle, los algoritmos de Shor (capaz de factorizar números grandes con mucha más velocidad que los algoritmos clásicos) o Grover (búsqueda en bases de datos no estructuradas) ponen sobre la mesa la bestial capacidad de estos sistemas.
Retos en el hardware. Superconductores, iones y fotones
Si nos centramos en la hardware-race, es como asistir a una gran competición tecnológica. Tenemos, por un lado, a colosos como IBM y Google, que tiran por la vía de los qubits superconductores. Son máquinas que operan a temperaturas cercanas al cero absoluto para evitar la molesta descoherencia. Por otro lado, hay startups y compañías como IonQ o Quantinuum que confían en la tecnología de iones atrapados, donde estos iones se controlan con láseres muy precisos. Además, están los valientes de la fotónica (p.ej., Xanadu y PsiQuantum), que trabajan con fotones como qubits.
¿En qué se basan para apostar por un método u otro? Por la escalabilidad y la fidelidad de los qubits. El gran muro es lograr que los qubits no se “desmoronen” por efectos externos, pero a la vez, tener muchos qubits operando a la vez sin que el ruido sea un suplicio. Cada plataforma tiene sus pros y sus contras, pero lo que está claro es que ninguna es perfecta todavía. Estamos viendo avances casi mensuales, con prototipos que aumentan qubits como si quisieran batir récords de “supremacía cuántica”. Eso sí, todavía estamos en la fase de “probar y aprender”.
Descoherencia y corrección de errores. El gran dolor de cabeza
Quizás lo más peliagudo de todo el invento sea la descoherencia. Un qubit tiene que estar aislado casi en una burbuja, porque cualquier interacción con el entorno puede hacerlo colapsar de golpe. Esto implica ingenios de refrigeración extremos, blindaje, un control de ruidos que raya lo obsesivo y, aun así, no se libra de errores. De ahí que la investigación en corrección de errores cuánticos sea un filón.
Según arXiv 2105.09942 y arXiv 2403.09682, se necesitan algoritmos que permitan detectar y corregir errores sin “observar” directamente los qubits (porque verlos es fastidiarlos). Se habla de esquemas como los códigos de superficie y otras ideas más exóticas, como los qubits topológicos que maneja Microsoft. Todo esto es crítico porque, si tus qubits se equivocan más de lo que aciertan, no hay supercomputación que valga.
Aplicaciones que van a dar que hablar
Vale, esto suena muy futurista, pero la pregunta del millón es: “¿Para qué voy a querer un ordenador cuántico?” El potencial es enorme en campos como:
- Criptografía: el algoritmo de Shor rompería el cifrado de clave pública tradicional (RSA, ECC…) si alcanzamos máquinas cuánticas con suficientes qubits. Por eso andan como locos con la criptografía poscuántica: se nos viene un cambio total en la forma de cifrar datos, y ahí entra nuestra identidad y privacidad digital. Imaginad la que se puede liar si alguien se hiciera con ese “martillo” cripto.
- Optimización hardcore: hay problemas en logística, finanzas o investigación operativa que con un ordenador clásico tardarían siglos. La computación cuántica promete un atajo brutal. Empresas de paquetería, rutas aéreas, bolsas de valores… están al acecho porque una mejora de un 1% en optimización puede traducirse en millones de euros ahorrados.
- Química y descubrimiento de fármacos: la simulación cuántica de moléculas complejas podría acelerar el diseño de nuevos medicamentos y materiales. A día de hoy, se usan aproximaciones o métodos muy costosos en supercomputadoras clásicas. Con un cuántico real, la idea es acelerar esos procesos o incluso desvelar estructuras moleculares imposibles de simular de otra manera.
- Aprendizaje automático cuántico: tenemos el “quantum machine learning”, que puede combinar lo mejor de la IA con la potencia cuántica. Todavía está en pañales, pero ya hay proyectos interesantes que demuestran que, cuando tengamos ordenadores cuánticos más potentes, podemos dar un salto en reconocimiento de patrones y análisis de datos.
Gigantes, startups y carreras gubernamentales
Los informes y artículos (p. ej., la Revista de Economía Industrial o el de EmergenResearch) confirman que hay un auténtico frenesí inversor en este ámbito. Gobiernos como el de Estados Unidos, la Unión Europea (con el “Quantum Flagship”) y China están poniendo dinerales para no quedarse atrás en lo que muchos llaman “la nueva era tecnológica”. Y claro, las grandes empresas no se quedan quietas: IBM, Google, Microsoft, Intel, Amazon… todas tienen divisiones de computación cuántica.
Luego está la “chavalada” de las startups: Rigetti Computing, Xanadu, IonQ, PsiQuantum y unas cuantas más. Todas prometen soluciones disruptivas, nuevos tipos de qubits o plataformas de software para programar estas bestias. Según la web de IG, las acciones de IonQ, por ejemplo, tuvieron su momento de gloria. Y el Wall Street Journal ponía el foco en que el público en general aún no está pendiente de esto, pero cuando la tecnología demuestre su valía, podría venir un boom más grande que el de las criptomonedas (y esperemos que un poco más estable).
¿Cuándo tocará el gran salto?
Aquí viene la pregunta con trampa: “¿Para cuándo se calcula que la computación cuántica será realmente útil a gran escala?” Depende de a quién preguntes. He leído predicciones de 5 años, de 10, de 20… Lo seguro es que primero se popularizará el acceso a ordenadores cuánticos a través de la nube (Quantum Computing as a Service, QCaaS), como ya hace IBM con su IBM Quantum Experience o Google con su Cirq. Contratarás un ratito de computación cuántica para ciertas tareas y el resto del día seguirás con tu PC corriente.
No esperéis un portátil cuántico en la tienda el año que viene, pero sí veréis a industrias punteras haciendo pruebas de concepto para optimización y simulaciones. El ramp-up (o despegue) podría acelerarse si se resuelven los cuellos de botella, especialmente la corrección de errores. Wall Street Journal avisa que ya estamos muy cerca de convertir esto en una realidad palpable, aunque todavía no se vea en el día a día de la oficina.
Criptografía y riesgo para nuestra identidad digital
¿Pensáis que todo esto es solo una cuestión de ciencia y números? Pues no. Aquí se mezcla la ciberseguridad y la protección de datos. Imaginad que, de repente, una potencia mundial o un actor malintencionado tiene un ordenador cuántico capaz de reventar RSA y ECC. Hoy en día, esos algoritmos cifran nuestros emails, nuestras transacciones bancarias, nuestras redes privadas virtuales (VPN)… En teoría, si uno consigue una máquina con bastantes qubits y un algoritmo tipo Shor, se lleva el premio gordo.
De ahí que organizaciones como NIST (en Estados Unidos) ya estén buscando y estandarizando algoritmos poscuánticos para que, cuando llegue el momento, no nos coja con los pantalones bajados. Reconozcámoslo: cada vez estamos más ligados a nuestras identidades virtuales, y un descalabro en la seguridad sería un golpe muy serio para todos.
Escalabilidad. El santo grial
Cuando uno lee la documentación técnica, se da cuenta de que lo difícil no es llegar a 50 qubits (Google ya lo ha hecho) ni siquiera a 100. Lo complicado es alcanzar cifras como 1000, 10.000 o 1 millón de qubits, y que, de paso, todos estén bien sincronizados y con una tasa de error baja. Ahí radica el gran reto: cómo proteger cada qubit del ruido, conectarlo a sus compañeros y corregir los errores que surjan.
Se baraja la idea de qubits topológicos (Microsoft lo impulsa) que serían más resistentes a perturbaciones del entorno. Otros hablan de subdividir el sistema en módulos interconectados. Sea como sea, la escalabilidad es el factor que convertirá la computación cuántica de “curiosidad científica” a “herramienta industrial imprescindible”.
Poniendo los pies en el suelo
No conviene fliparse de más. Aunque algunas referencias pinten la computación cuántica como la próxima gran explosión, no hay que olvidar que todavía existen limitaciones gordas. No todos los problemas se vuelven fáciles con un ordenador cuántico: hay que diseñar algoritmos especiales para sacarle partido, y la infraestructura es muy costosa y difícil de mantener.
Por lo tanto, incluso en un escenario optimista, el futuro será híbrido: muchos procesos seguirán en ordenadores clásicos, mientras que los problemas muy complejos pasarán a los cuánticos. El aprendizaje de programación cuántica es un tema emergente y, seguramente, en la próxima década veremos carreras universitarias y bootcamps especializados en Qiskit, Cirq u otras librerías.
Competencia internacional, una pugna en la trastienda
Como era de esperar, hay un telón geopolítico en todo este embrollo. Estados Unidos, la Unión Europea y China se disputan la cabeza de la investigación cuántica, sabiendo que el primero que llegue a un ordenador cuántico plenamente operativo puede obtener una ventaja estratégica brutal. Desde quebrar cifrados hasta impulsar avances científicos a un ritmo impensable.
Para nosotros, los mortales que navegan en internet, implica que nuestra privacidad y nuestros datos se convertirán en un premio muy jugoso para los que manejen más qubits. Es inevitable pensar que, a medida que la computación cuántica progrese, surgirán nuevos protocolos de cifrado y nuevas formas de defender la identidad digital.
¿Qué podemos esperar?
- Prototipos en la nube: seguirán creciendo las ofertas de acceso remoto a ordenadores cuánticos. IBM, Google y otras empresas quieren extender ese servicio para que investigadores, empresas y curiosos hagan pruebas.
- Aplicaciones nicho: veréis noticias de alguna empresa de logística o un banco que “usa la computación cuántica” para tal o cual simulación. Serán pruebas puntuales, pero pueden dar resultados que cambien la percepción de que esto es solo un experimento.
- Formación y talento: se prevé la aparición de más programas universitarios y posgrados en computación cuántica, algoritmos cuánticos y física cuántica aplicada. Quién se forme ahora podría tener ventaja en un futuro no tan lejano.
- Seguridad reforzada: surgirán campañas para incorporar criptografía poscuántica en sistemas críticos, incluso antes de que tengamos ordenadores cuánticos masivos. No hay que esperar al último segundo para ponerse las pilas.
La nueva frontera tecnológica
La computación cuántica nos ilusiona porque nos promete un salto de paradigma tremendo. Es como pasar de un velocípedo a una moto de GP en lo que respecta a ciertos problemas matemáticos y de simulación. Sin embargo, el camino está lleno de retos técnicos (ruido, corrección de errores, escalabilidad) y, a la vez, de implicaciones sociales y políticas (ciberseguridad, rivalidad entre potencias, etc.).
Gracias a los contenidos consultados, nos damos cuenta de que no estamos ante un “descubrimiento menor”, sino ante una posible revolución similar a lo que supuso la microelectrónica o internet en su día.
No significa que la computación clásica vaya a “desaparecer” de golpe, sino que se abre una puerta hacia formas más potentes y rápidas de procesar información. Quizás tardemos 5, 10 o 20 años en ver en nuestro día a día esos frutos, pero el movimiento de inversiones y el interés de gobiernos y empresas dejan claro que va a suceder.
Si os pica la curiosidad, echadle un ojo a plataformas como IBM Quantum Experience o Google Cirq, donde ya podéis toquetear con qubits a pequeña escala (en plan programación en la nube). Estáis ante una de las tecnologías que pueden redefinir cómo resolvemos problemas complejos y cómo protegemos (o asaltamos) la información. Así que, si os gusta asomaros al futuro, la computación cuántica es un billete de primera fila para algo que, seguramente, marcará las próximas décadas.
Aquí os dejo alguna de la documentación mas relevante que he estado consultando y utilicé para contrastar datos por si queréis echarle un vistazo: