La revolución cuántica pisa el acelerador

Más allá de los centros de datos que se multiplican, especialmente en España, para dar respuesta a las necesidades de la computación en la nube y la Inteligencia Artificial, hay otro tipo de computación, la cuántica, que de manera más silenciosa también acumula inversiones, avances y, sobre todo, esperanzas de cara al futuro.

No se sabe con exactitud cuántos ordenadores cuánticos hay en el número (se calcula que podría haber entre 50 y 100), y la mayoría de ellos está en fase de desarrollo o con acceso limitado. Solo en España podemos contar cuatro: uno en Barcelona y de propósito público, dos en el País Vasco (Bilbao y San Sebastián) y otro en Galicia, pero es una cifra que podría aumentar en los próximos meses y años, puesto que diversas comunidades autónomas han expresado abiertamente que también quieren uno de estos sistemas.

De momento, la informática cuántica se limita a unos pocos grandes nombres de la industria. IBM, con más de 20, es la que tiene más ordenadores cuánticos disponibles públicamente a través de la nube. De hecho, ha comprometido la construcción del primer CPD cuántico en Alemania. Fujitsu, Google o Microsoft también están implicados en estos desarrollos. Además, hay movimientos de centros de investigación (como el BSC de Barcelona) para impulsar su desarrollo. Incluso la Unión Europea tiene su propia estrategia en computación cuántica, con la que quiere que toda la tecnología se desarrolle en el Viejo Continente (para no depender así de fuentes externas) y que sean las empresas y ciudadanos los que se beneficien de estos desarrollos.

La diferencia está en el qubit

La informática cuántica lleva décadas gestándose en los laboratorios de investigación. A diferencia de la informática tradicional, que se basa en bits que representan 0 o 1, la cuántica se adentra en el mundo de la mecánica cuántica para ofrecer posibilidades que no están al alcance de la informática actual.

La pieza fundamental de la informática cuántica es el qubit, que puede existir en una superposición de ambos estados simultáneamente. Imagine una moneda girando en el aire: no es cara ni cruz hasta que cae. Esta superposición, junto con otros fenómenos cuánticos como el entrelazamiento, permite a los ordenadores cuánticos realizar cálculos de forma exponencialmente más rápida que los ordenadores tradicionales.

Los cúbits son extremadamente sensibles a cualquier perturbación del entorno, lo que dificulta su manipulación y control. Además, la decoherencia, la pérdida de información cuántica, es un obstáculo importante que los científicos e ingenieros luchan por superar.

Además, la manera de funcionar es diferente a la informática binaria, lo que conlleva desarrollar nuevos algoritmos que aprovechan las propiedades cuánticas para resolver problemas que son intratables para los ordenadores clásicos, como la factorización de números grandes (con implicaciones para la criptografía) y la simulación de moléculas (con aplicaciones en medicina y ciencia de materiales). Esto también implica que los ordenadores y procesadores son físicamente diferentes.

Eso sí, el acceso a la computación cuántica se está democratizando gracias a plataformas en la nube que permiten a investigadores y empresas experimentar con ordenadores, lo que abre la puerta a revolucionar campos como la medicina, la ciencia de materiales, la inteligencia artificial y la criptografía, aunque con retos también por afrontar.

“La cuántica avanza con rapidez hacia lo que denominamos ventaja cuántica, es decir, el momento en que los ordenadores cuánticos podrán por sí solos superar al uso de ordenadores tradicionales solos para resolver una tarea significativa”, explica a La Razón Mikel Diez, director de IBM Quantum para España y Portugal, quien asegura que en pocos años “podremos contar con una supercomputación centrada en la cuántica, con arquitecturas modulares que permitan su escalabilidad y en esta década podremos alcanzar el logro de la ventaja cuántica”.

Aproximaciones y versiones

IBM decidió instalar uno de sus ordenadores cuánticos en la Universidad del País Vasco, en San Sebastián. Y Fujitsu se ha comprometido con la Xunta en la creación de otro ordenador cuántico en Galicia.

Frente a estas propuestas, la Unión Europea quiere desarrollar su propia tecnología europea para usarla en temas sensibles. “Sería una irresponsabilidad que, con un ordenador de fuera de la Unión Europea, hagas procesamiento de datos que tengan que ver con seguridad nacional, con defensa”, asegura Enrique Sánchez Bautista es el Coordinador de la Oficina de Bruselas para el Quantum Flagship (QCN), que gestiona relaciones legislativas y la interacción con actores clave en el sector de las tecnologías cuánticas. La inversión pública europea en este terreno ha pasado de los mil millones de enero de 2019 a los 8.000 millones actuales. “Se ha pasado de investigación únicamente a tener el diseño de dos infraestructuras (tanto de comunicaciones cuánticas como de computación cuántica), una red de ordenadores para Europa (para el servicio de los ciudadanos), una infraestructura de comunicaciones cuánticas (la European Quantum Computing and Simulation Infrastructure), una red de momento de siete ordenadores cuánticos (uno de ellos en España, en el Barcelona Supercomputing Center”, detallaba.

Sánchez Bautista considera positivo que haya ordenadores de tecnológicas estadounidenses. “Una región puede comprar un ordenador cuántico si tiene un músculo financiero para hacerlo”, defiende, añadiendo que “seguro que estará restringido para luego poder desarrollar según qué tipo de cálculos, involucrarse en según qué tipo de redes o aspirar a más financiación pública”.

Almudena Justo, directora del Quantum Center de Fujitsu, explica que dado que el paradigma de esta tecnología es completamente diferente a la informática tradicional, desde muchos gobiernos se está apostando para que los centros de investigación tengan acceso a estos recursos para aprender a manejarlos. “Otra cuestión es el acceso en cloud o el tener el computador cuántico instalado”, explica, añadiendo que no hay una respuesta única y valida sobre si comprar estas máquinas o usarlas en la nube. “Depende del tipo de entidad que seas. Seguramente si eres una PYME (salvo que estés centrada en esta tecnología) no tienes que comprarte ningún computador cuántico. Con un emulador será suficiente. Si eres un centro de supercomputación, seguramente tenga sentido porque son máquinas experimentales”, expone.

IA y otros avances

Para facilitar este desarrollo de una tecnología tan incipiente, especialmente de cara a los desarrolladores, Microsoft ha creado un kit de desarrollo de Quantum de código abierto basado en el lenguaje de programación Q#. Según detalla Alberto Pinedo, National Technology and Security Officer de Microsoft en España, este kit cuenta con todas las herramientas y recursos que se necesitan para crear soluciones basadas en informática cuántica. “Proporcionamos una experiencia única y robusta, que posibilita a los expertos escribir un código que aproveche los avances en hardware a medida que se produzcan: equipos clásicos, hardware cuántico de nuestros asociados o nuestro propio sistema cuántico creado sobre la base del revolucionario qubit topológico del mañana”, señala.

Lo que muchos de los expertos consultados reconocen es que la computación cuántica tiene en otras dos tecnologías dos grandes apoyos y motores. Por un lado, la super alta computación (HPC, por sus siglas en inglés High Performing Computing). Por otro, la Inteligencia Artificial (IA).

“Desde Microsoft hemos demostrado que la integración de IA con qubits lógicos y HPC (computación de alto rendimiento) puede resolver problemas reales en química, como la simulación de reacciones catalíticas”, nos asegura Alberto Pinedo. “Este enfoque híbrido no solo mejora la capacidad de procesamiento, sino que también da lugar a una corrección de errores más efectiva, algo vital para la fiabilidad de los cálculos cuánticos”. Según sus explicaciones, un ejemplo es el reciente trabajo con el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), que ha utilizado IA y la computación cuántica para descubrir un nuevo material para baterías de estado sólido. “Este material, que usa menos litio que los electrolitos sólidos convencionales, es más seguro y eficiente, reduciendo el riesgo de incendios y mejorando la sostenibilidad debido a la menor dependencia del litio, material que se ha convertido en un recurso escaso y muy demandado”, detalla.

En términos parecidos se muestra Almudena Justo. “Vemos el futuro híbrido entre el HPC y supercomputación con llamadas a computador cuántico para resolver determinadas cuestiones”, augura. Aunque reconoce que ahora nos cueste creer este escenario, apela a los cambios que se han vivido en la informática y con Internet. “Cuando teníamos máquinas de escribir nos costaría imaginar toda la potencia que ahora tenemos en nuestro móvil. La computación cuántica va a ser tan bombazo como lo que supuso el correo electrónico”, ejemplifica.

Mientras, Mikel Díez explica que la computación cuántica y la inteligencia artificial avanzan en paralelo y se complementan. “Esta sinergia acelera la adopción y evolución de ambas tecnologías”, manifiesta, aseguran que “mientras que la IA acelera la resolución de problemas complejos en la computación cuántica, los sistemas cuánticos prometen transformar el rendimiento y la capacidad de los modelos de IA en el futuro”. Por eso, señala que la convergencia entre la IA y la cuántica es “muy relevante. Creemos que el futuro de la computación combinará tres pilares: bits (computación clásica), neuronas (la IA) y qubits (computación cuántica)”.

Seguridad, la madre del cordero

El desarrollo de nuevos fármacos, las investigaciones más personalizadas y precisas contra el cáncer, la detección de terremotos y la resolución de otros problemas complejos son algunos de los beneficios que nos traerá la computación cuántica.

De hecho, ya comenzamos a ver aplicaciones cuánticas específicas en sectores como la química, la farmacología y la ciberseguridad. A largo plazo, en unos 10 años, la computación cuántica podría “convertirse en una herramienta esencial para resolver problemas que actualmente están más allá de las capacidades de las computadoras clásicas, como la investigación de fenómenos climáticos globales, la optimización de rutas logísticas complejas, la simulación de materiales nuevos a nivel molecular y la encriptación cuántica para potenciar la seguridad informática. Los avances en este ámbito afectarán al 96% de los productos y al 100% de la humanidad”, asegura el National Technology and Security Officer de Microsoft en España.

Pero, entre los retos, está también el de la seguridad, puesto que muchos expertos aseguran que todo el sistema de cifrado actual será papel mojado gracias a la potencia de estos algoritmos cuánticos. Tanto es así que, tal y como reconoce el responsable de IBM, “podría haber ciberdelincuentes recopilando grandes cantidades de datos cifrados para poder desencriptarlos con ayuda de la cuántica en unos años”.

Todas las compañías trabajan ya para evitar estos posibles riesgos. Por ejemplo, el BBVA tiene un equipo dedicado a protegerse de los riesgos de la computación cuántica en la criptografía actual que ha establecido una estrategia de transformación con tres pilares: inventario de activos criptográficos, cripto agilidad y cumplimiento normativo.

En lo que a seguridad se refiere, fuentes de este equipo señalan a esta redacción que. además de disponer de los algoritmos criptográficos post-cuánticos, las empresas “deben actualizar la criptografía en todos aquellos procesos que la utilizan, lo cual es un proceso complejo y costoso, que además presenta algunos retos importantes como los de la interoperabilidad en la comunicación de sistemas que ya están migrados con sistemas que no lo están, o los riesgos de adoptar los algoritmos post-cuánticos, que aún no tienen un historial de pruebas de robustez comparable con el de los algoritmos actuales”. Estas fuentes insisten en que “no debemos tener miedo, dado que los medios para mitigar los riesgos, cuando lleguen, existen o se están desarrollando, pero sin duda será necesaria una preparación intensa para este nuevo escenario por parte de todas las empresas”.