El camino hacia la computación cuántica

Hablo con Samuel Fernández Lorenzo, doctor en tecnologías cuánticas, cofundador y CEO de Inspiration-Q. Estoy empezando a oír “computación cuántica” e intuyo que aquí reside el futuro. Así que alardeando sin pudor de mi incultura cuántica me lanzo a preguntar.

¿Qué es un ordenador cuántico?

Un ordenador cuántico no es un ordenador cualquiera, sino que supone un cambio de paradigma respecto a nuestros ordenadores convencionales que nos adentran en un mundo completamente nuevo. Este cambio radical emerge primero a nivel de hardware: los bien conocidos circuitos eléctricos y transistores de silicio que manipulan bits de información dejan paso a artilugios exóticos como circuitos superconductores o iones atrapados que manipulan qubits de información cuántica (bits cuánticos o quantum bits). Los qubits son la unidad fundamental de información que manipula un ordenador cuántico: donde un ordenador convencional maneja unos y ceros bien definidos, un ordenador cuántico maneja estados superpuestos que no llegan a ser ni unos ni ceros. La ventaja de esto es que la información se procesa como un todo, y no por partes.

El cambio sucede por tanto también a nivel de software: de cómo pensamos y procesamos la información del entorno que nos rodea, y de cómo a través de esa nueva mirada al mundo resolvemos problemas lógico-matemáticos complejos. Los algoritmos cuánticos nos enseñan maneras eficientes de codificar información, y de cómo operar en paralelo y simultáneamente con esa información para alcanzar velocidades exponenciales de procesamiento, batiendo incluso a supercomputadores con el poder de un solo chip cuántico. ¡Un buen programador cuántico debe aprender a romper con sus esquemas habituales de razonamiento!

¿Por qué?

La razón es sencilla: en base a nuestra experiencia cotidiana a escala macroscópica, el mundo cuántico que sucede a escala nanométrica nos resulta anti intuitivo, lo cual desemboca en una forma de programar un tanto extravagante.

¿Cómo cristaliza la computación cuántica en nuestra realidad?

En el mundo real, las primeras aplicaciones de la computación cuántica se comienzan a ver en el terreno de la optimización de procesos. Esto abarca operaciones tan diversas como la optimización de rutas de transporte y cadenas de valor, la optimización de grandes carteras de inversión, o el diseño de redes de telecomunicaciones y de distribución energética. También esperamos ser capaces de simular complejos moleculares que hoy en día van más allá de nuestras capacidades de simulación con supercomputadores; industrias como la farmacéutica, la química o la ingeniería de materiales, basadas precisamente en la capacidad de simular estos sistemas cuánticos, tendrían una gran ayuda a la hora de diseñar mejores medicamentos, fertilizantes o baterías.

¿Ayudará la computación cuántica al desarrollo de la inteligencia artificial (IA)? 

Tenemos buenas razones para afirmar que sí, aunque todavía es temprano para saber cuáles serán sus mayores aplicaciones y valor de negocio. Existe mucha investigación al respecto de cómo utilizar algoritmos cuánticos para mejorar de algún modo los algoritmos de inteligencia artificial actuales, y conseguir con ello procesos más inteligentes, más rápidos a la hora de aprender, y que utilicen menos recursos computacionales o energéticos. Además, quizá la IA cuántica pueda ayudarnos a modelar y entender mejor la propia naturaleza cuántica de la realidad.

Háblame de la computación cuántica y el consumo energético. 

Todas las industrias están experimentando un fuerte proceso de transformación digital que exige un poder computacional cada vez mayor. Esto a su vez dispara el consumo energético que acompaña el uso de herramientas de Big Data, Inteligencia Artificial, o el Internet de las Cosas. Una ventaja frecuentemente soslayada de la computación cuántica es su gran eficiencia energética, la cual puede ayudarnos en el camino hacia la sostenibilidad sin renunciar a las ventajas de la digitalización, con ahorros energéticos de hasta cinco órdenes de magnitud respecto a la computación convencional.

No todo es un camino de rosas. Los ordenadores cuánticos hoy en día son difíciles de construir y son propensos a errores. No son máquinas ideadas para tenerlas en el escritorio de su casa, sino que viven en instalaciones especializadas a temperaturas ultra frías, con acceso a través de la nube. Su coste de acceso es bastante prohibitivo para la mayoría de las empresas, y sólo la gran empresa puede permitirse experimentar con esta tecnología.

¿Existe mano de obra cualificada? 

La fuerza de trabajo capaz de operar con ellas o programarlas es todavía pequeña, y existirán retos a la hora de abastecer a un mercado de computación global tan competitivo. Somos testigos de los primeros pasos de bebé de esta asombrosa tecnología, y todavía tardará al menos una década en alcanzar la adolescencia.

Sorprendentemente, décadas de investigación científica también nos han enseñado que una vez que entendemos cómo programar ordenadores cuánticos ¡no siempre necesitamos tener uno de verdad para disfrutar de sus ventajas! La computación cuánticamente inspirada se basa en algoritmos cuánticos que tienen la capacidad de funcionar en ordenadores convencionales, al mismo tiempo que ofrecen las ventajas de los ordenadores cuánticos.

¿Cómo es esto posible? 

La clave reside en que no siempre utilizamos la plena capacidad del hardware cuántico, y nos basta con el hardware tradicional en esos casos; la cuántica funciona como caja de herramientas mental para descubrir formas mejores de resolver problemas. Estos algoritmos no se limitan a emular de manera eficiente un ordenador, sino que recoge avanzadas técnicas matemáticas de codificación y manipulación de la información.

Esta visión es la que ha llevado al nacimiento de Inspiration-Q, una spin-off surgida del CSIC que cuenta con investigadores como Juan José García Ripoll y Diego Porras, científicos españoles de primer nivel internacional y dilatada experiencia dentro del mundo de la información y tecnologías cuánticas. La misión de Inspiration-Q es ofrecer ventajas cuánticamente inspiradas ya mismo, disminuyendo las barreras de entrada a la computación cuántica. Para ello, trabajan con empresas en soluciones de negocio a complejos problemas del mundo real, en sectores diversos como el financiero, energético o logístico.

¿El futuro de la computación cuántica es ya?

La computación cuánticamente inspirada la podemos disfrutar ya, sin esperar a que el hardware cuántico madure, y se está empezando a explorar por diferentes industrias para mejorar soluciones convencionales en importantes problemas como la detección de fraude, el análisis de riesgos financieros, o la optimización de rutas de distribución. Un camino fascinante que acaba de empezar, y que nos preparará para el futuro cuántico que aguarda a la vuelta de la esquina.

Me despido de Samuel y me voy pensando por un momento, que soy un poco más lista que el resto de personas. Al menos, lo soy hasta que leáis esto.