La carrera por el ordenador cuántico

Los ordenadores cuánticos están llamados a revolucionar la computación. Su capacidad para realizar operaciones imposibles les convierte en una especie de santo grial y han desencadenado una competición que, de momento, lidera Estados Unidos. Su músculo industrial con compañías como Google o IBM no lo tienen Europa ni China, que también luchan por conseguir esta ansiada tecnología.

La principal diferencia entre un ordenador cuántico y uno convencional es la forma de procesar la información. Si las computadoras clásicas lo hacen en bits, y cada uno toma el valor de 1 o 0, los ordenadores cuánticos utilizan cúbits (o bits cuánticos), lo que significa que pueden representar a la vez tanto un 1 como un 0. Además, se correlacionan entre sí, es decir, que el valor de uno puede depender del valor de otro, lo que se conoce como entrelazamiento cuántico.

Esta revolucionaria forma de procesar la información imita a la naturaleza en sus formas más pequeñas. Partículas y otros diminutos elementos se comportan de formas extrañas, adquiriendo más de un estado al mismo tiempo e interactuando con otras partículas que están situadas muy lejos. Su comportamiento se rige por las leyes de la mecánica cuántica.

Un equipo del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica ha conseguido el mayor registro de entrelazamiento cuántico de sistemas controlables individualmente, con un total de 20 cúbits. Crédito: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch.

Un equipo del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica ha conseguido el mayor registro de entrelazamiento cuántico de sistemas controlables individualmente, con un total de 20 cúbits. Crédito: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch.

Simulando estas interacciones, los ordenadores cuánticos realizarán operaciones muy complejas y resolverán problemas que los tradicionales no tienen la capacidad de solucionar, como el cálculo de factores de números gigantes o el estudio preciso de interacciones entre átomos y moléculas. De esta forma, se espera que áreas como los nuevos materiales, el desarrollo de fármacos o los sistemas de inteligencia artificial avancen a una velocidad sin precedentes con la ayuda de esta nueva computación.

Aunque ya existen varios modelos de ordenador cuántico todavía no se ha desarrollado uno que alcance los 50-100 cúbits, con capacidades que superarían las de los ordenadores clásicos. IBM el año pasado aseguró haber llegado a los 50 cúbits pero los expertos se muestran cautos porque los investigadores de la compañía no explicaron los detalles en ninguna revista científica. Por su parte, Google afirma haber conseguido una tecnología con 72 cúbits.

“Las cosas se vuelven interesantes una vez que tenemos entre 50 y 100 cúbits que se pueden controlar por completo, por ejemplo, el entrelazamiento usado por algoritmos complejos, que muestran capacidades algorítmicas más allá de las máquinas clásicas”, señala a OpenMind Rainer Blatt, investigador del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck (Austria).

“Esto no se ha logrado en ningún sitio pero probablemente lo veremos en los próximos años”, añade el científico.

En cabeza, Estados Unidos

Estados Unidos encabeza la carrera por conseguir este santo grial de la computación. Junto a la investigación realizada en universidades y en otros centros, el empuje de empresas como IBM, Google, Intel o Microsoft les permite liderar este campo por delante de Europa o China, como confirma a OpenMind Raymond Simmonds, investigador del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (EE.UU.).

Aunque Europa aporta el 50% de los artículos científicos sobre información cuántica de todo el mundo, “en el desarrollo del ordenador cuántico nos estamos quedando atrás debido a la falta de inversores y a la falta de participación de empresas de alta tecnología”, reconoce Blatt.

Para no perder posiciones en esta carrera, la Comisión Europea va a invertir alrededor de mil millones de euros en el programa Flagship on Quantum Technologies, una iniciativa que se prolongará durante diez años y cuyo principal objetivo es consolidar y expandir el liderazgo y la excelencia científica de Europa en investigación cuántica.


NIST physicist Ray Simmonds discusses his work in quantum physics and NIST’s efforts to create a quantum computer. Crédito: NIST

Junto a Europa y Estados Unidos, Japón, Australia, Canadá y China están apostando por este tipo de computación. El científico chino Pan Jian-Wei, considerado el padre de la computación en su país y elegido por la revista Nature como uno de los investigadores más importantes del mundo el año pasado, explica a OpenMind en qué situación se encuentran.

“En el campo de la computación cuántica China ha conseguido un progreso significativo, sin embargo, en su conjunto, todavía se necesitan más esfuerzos para llegar a ser uno de los mejores del mundo”, admite Pan, que investiga en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Otras potencias como Rusia o Israel también están investigando en esta tecnología, aunque los expertos consultados no los sitúan en los primeros puestos de la lista.

La clave del liderazgo

En opinión de Pan, para ser el primero en esta carrera hace falta que mejoren técnicas clave como la medición de ruido ultrabajo, el control cuántico de ultra alta precisión, los chips cuánticos de alto rendimiento y que estos se integren junto al algoritmo cuántico de alta eficiencia.

El verano pasado el físico batió el récord del teletransporte cuántico, al transmitir el estado cuántico de un fotón en la Tierra a otro ubicado en un satélite en órbita a 1.400 kilómetros de distancia.

En la imagen, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología sostiene un circuito que se utiliza para amplificar las señales de un detector de fotones. Crédito: Geoffrey Wheeler.

En la imagen, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología sostiene un circuito que se utiliza para amplificar las señales de un detector de fotones. Crédito: Geoffrey Wheeler.

Desde Europa, Blatt apuesta por un trabajo interdisciplinar, con tecnologías que vayan más allá de lo que está disponible en las universidades, es decir, apoyo y participación de la industria, lo que requiere muchos fondos, dedicación e ingeniería.

“Nunca podremos vencer a la física con mera tecnología pero siempre podremos vencer a la tecnología con una mejor física. Por lo tanto, se necesita física y tecnología y, por supuesto, esto costará dinero y mucha dedicación. Con el tiempo lo conseguiremos”, asegura el investigador.

Laura Chaparro

@laura_chaparro