Ni Google, ni IBM, ni los chinos. Por más que se empeñen en vender ya el futuro revolucionario de la informática, “nadie ha conseguido la supremacía cuántica”, señala el profesor de Computación e Inteligencia Artificial de la UMA Francis Villatoro (@emulenews). Es decir, “un ordenador cuántico aún no puede realizar mejor  tareas que uno clásico”.

Sin embargo, un equipo científico de Reino Unido y Rusia ha encontrado una posible nueva forma de crearlos. La han bautizado como “polvo mágico de luz y materia”. Una nomenclatura informal que suena más fácil que “simulador de polaritones”, que es de lo que se trata.

La carrera por la construcción del ordenador cuántico, miles y miles de veces más potente que los actuales, está jalonada de anuncios “propagandísticos”. Estamos en una nueva carrera nuclear, solo que sin la energía del átomo saltando por los aires, sino almacenando información discretamente, en las rendijas de lo minúsculo. Hay un problema: es muy difícil saber cuándo estamos ante un ordenador verdaderamente cuántico. Comprobarlo es muy difícil.

¿Por qué? Antes de seguir, veamos cómo funciona:

La tortilla cuántica

Si en las tripas de un ordenador clásico se fabricaran tortillas de patatas, el procesador sería como un chef. Ordenaría la secuencia de instrucciones de la receta. Si tiene pinches (chips o transistores), puede hacer (1) o dejar de hacer (0) diferentes cosas en el proceso, como batir huevos o pelar patatas. Pero en el ordenador cuántico ‘puro’ o topológico, los chips se reducen a partículas como átomos o electrones.  A esas escalas, las partículas pueden hacer varias cosas al mismo tiempo: cascar un huevo (1), no cascarlo (0) o cascarlo y no cascarlo a la vez (1 y 0).  Las partículas se pueden encontrar en superposición, con consecuencias teóricas increíbles, como el Gato de Schrödinger, que está vivo y muerto a a vez. Se convierten en pinches multitarea y ni siquiera hay que decirles uno a uno lo que tienen que hacer. Tendremos tortillas en tiempo récord.

Pero son tímidos y si alguien los mira o interrumpe, dejan de hacer varias acciones a la vez. Paradoja cuántica: un huevo puede estar cascado e intacto al mismo tiempo, pero si echamos un vistazo, sólo lo veremos en uno de los estados. Por eso es tan difícil hacer ordenadores cuánticos. Los pinches (átomos) tienen que estar muy muy bien aislados y dejarlos a su aire. Lo que hace uno, afecta al resto, incluso aunque no se vean entre sí en la cocina. | Vídeo: Mario Viciosa

 

“Esta vez lo que han hecho es crear un ordenador cuántico analógico para simular cierto tipo de sistemas”, aclara Villatoro. “No es un ordenador cuántico universal”. Resuelve “un problema concreto con modelos bastante sencillitos”.

Los investigadores de las universidades de Cambridge, Southampton y Cardiff en el Reino Unido y el Instituto Skolkovo de Ciencia y Tecnología en Rusia han utilizado partículas cuánticas conocidas como polaritones -que son mitad luz y mitad materia- para actuar como un tipo de “faro” ‘mostrando el camino a la solución más simple a problemas complejos. Los resultados se han publicado en la revista Nature Materials.

El método funciona como un polvo mágico que ilumina el camino óptimo en una excursión nocturna

La búsqueda de una solución óptima es parecida a lo que hacemos al buscar el mejor camino en una excursión. Por la montaña, quizás queramos evitar escaladas. Un excursionista puede ir cuesta abajo y pensar que han alcanzado el punto más bajo de todo el paisaje, pero puede haber una caída más profunda justo detrás de la próxima montaña. “Este es exactamente el problema a abordar cuando la función objetivo de minimizar representa un problema de la vida real con muchas incógnitas, parámetros y limitaciones”, señala la profesora Natalia Berloff del Departamento de Matemáticas Aplicadas de Cambridge, una de las firmantes del estudio.


¿Calcetines entrelazados cuánticamente? ¿Tazas de café hirviendo en la nevera? Son jóvenes, matemáticas y cuánticas. Bucean en el mundo de lo más pequeño con sus particulares propiedades hablando el lenguaje de los números para tratar de traducir y sacar partido el mundo de las partículas. | Vídeo: M.V.

 

Los polaritones tímidos

Berloff y sus colegas abordaron el problema desde un ángulo inesperado: ¿qué pasaría si en lugar de desplazarse por el terreno montañoso en busca del punto más bajo, se llena el paisaje de un polvo mágico que sólo brilla en el nivel más profundo, convirtiéndose en un marcador fácilmente detectable del camino correcto?

“Hoy en día podemos hacer, con una red de difracción, un patrón de luz que incide sobre el metal y que genera onditas, como montañitas que interaccionan de manera cuántica”, precisa Villatoro. “Puedo controlar lo cerca o lejos que están estos polaritrones, permitiendo simular un sistema plano. Con eso puedo tener un ordenador para un propósito muy específico”.

El método difiere del abordado desde 1995 por el español Ignacio Cirac (siempre en la quiniela del Nobel) y su colega Peter Zoller, del Instituto Max Planck. Ellos atrapan átomos en una trampa magnética. Les aplican luz a bajísimas temperaturas, condiciones con las que consiguen manipularlos. El problema es que “en todos estos años no se ha podido hacer con más de una decena de átomos”, lejos de los miles necesarios.

“Estamos apenas al principio de explorar el potencial de los gráficos polaritón para resolver problemas complejos”, dijo el profesor Pavlos Lagoudakis, de la Universidad de Southampton. Los autores de la nueva técnica aseguran que es muy escalable (se podrían usar más y más cúbits y hacer muchas cosas).  Pero Villatoro recela: “Yo lo dudo mucho”. Los sistemas cuánticos tienden a volverse clásicos.

¿Claves descifradas en milisegundos? No pasa nada

Fotograma de 'El juego de la imitación'

Fotograma de ‘El juego de la imitación’

¿Son los ordenadores cuánticos las nuevas bombas de Turing? En la Segunda Guerra Mundial, el matemático inglés desarrolló una máquina capaz de descifrar las claves criptográficas de las comunicaciones submarinas nazis. La máquina de cifrado Enigma dejaba de ser útil.

 

La computación cuántica promete realizar operaciones de manera tan rápida que se suele hablar de criptografía cuántica, “que ya se emplea”, de hecho. ¿Podrían los ordenadores cuánticos hacer saltar las claves de cifrado de manera casi instantánea? Sí, pero no es un peligro. “Tu móvil ahora mismo es capaz de descifrar las claves que usaba la CIA en 1990”, ejemplifica el profesor Villatoro. “¿Acaso estamos como locos todos viendo lo que hacía la CIA entonces? No, nadie se preocupa. Nos preocupa la saguridad de la última compra que hacemos por Amazon”.

Tu móvil ahora mismo es capaz de descifrar las claves que usaba la CIA en 1990. Y no es cuántico

El método de cifrado de clave pública, empleado para enmascarar la mayoría de comunicaciones que circulan por internet, se basa en la factorización de números muy grandes. Factorizar es encontrar dos números  más pequeños que, multiplicados, nos den la cifra de partida (20 se factoriza en 4 x 5). Es una opreación complicadísima para números muy grandes (¿qué dos números multiplicados resulta en 1.657.098?). Los ordenadores actuales necesitarían siglos para resolverlo. Pero uno cuántico, teóricamente, no.

Lo bueno de la criptografía cuántica es que los métodos que desarrolle serán tan complejos como las operaciones de las que es capaz. El cifrado estará (y ya está) mucho más blindado. Ya hay algoritmos clásicos que son casi inviolables para un futuro ordenador cuántico. “Esto es un poco como el efecto 2000; –compara Villatoro– parecía que se acababa el mundo y no pasó nada, se cambiaron los ordenadores. En el momento en que haya sospechas de que alguien tiene un ordenador cuántico, todas las grandes compañías te venderán un servicio de cifrado postcuántico”.

Es verdad que quedarían expuestas las comunicaciones del pasado, pero “¿a quién le interesa la clave de tu tarjeta de hoy dentro de 30 años?”.

¿Trenes que levitan? Lo cuántico también es grande


El pasado 2016, los ganadores del Nobel de física fueron galardonador por decribir las cualidades de la materia exótica. A nivel cuántico, cuando baja mucho la temperatura, empiezan a pasar cosas extraordinarias, como que la corriente eléctrica fluya sin obstáculo alguno, creando sustancias superconductoras. Los ordenadores cuánticos –y no sólo ellos– pueder servir para crear modelos de la materia en sus niveles más íntimos. | Vídeo: Mario Viciosa