Ignacio Cirac. Foto: Mercedes Rodríguez

Desde la Universidad de Innsburck contribuyó a la creación de una red cuántica innovadora. Ahora, desde el Instituto Planck de Alemania Ignacio Cirac se ha consolidado como uno de los máximos expertos mundiales sobre información y comunicación cuántica. Ha participado en "Los desafíos de la física en el siglo XXI" en el Museo de la Ciencia CosmoCaixa de Madrid.

-¿Cuál es la importancia de la información cuántica en nuestros días?
-Tanto la información como la comunicación cuántica son dos nuevos campos de investigación en los que se pretende utilizar algunas de las propiedades extrañas de la Mecánica Cuántica para procesar y transmitir información de una manera muy eficaz. En particular, un ordenador cuántico sería capaz de realizar ciertos cálculos con una rapidez asombrosa; por ejemplo, sería capaz de descifrar la mayoría de los mensajes secretos que actualmente se envían por Internet. Por otro lado, sistemas criptográficos cuánticos son ya capaces de transmitir mensajes secretos con la seguridad de que no pueden ser descifrados, incluso con la ayuda de un ordenador cuántico.

-¿Entonces, en qué aspectos técnicos se diferencia un ordenador cuántico de los "clásicos"?
-Como le decía, el funcionamiento de un ordenador cuántico está basado en los principios de la Mecánica Cuántica. Eso permite que las operaciones que pueden realizar sean de naturaleza distinta a las operaciones que se realizan hoy en día con ordenadores clásicos. La diferencia fundamental es que un ordenador cuántico puede utilizar las llamadas superposiciones cuánticas y los estados entrelazados. Estas superposiciones hacen que un solo ordenador cuántico pueda funcionar, en cierto sentido, como un montón de ordenadores clásicos trabajando en paralelo. Por ejemplo, si tuviésemos un ordenador cuántico compuesto por 1.000 qubits (los qubits, o bit cuánticos, juegan el papel de los bits en los ordenadores cuánticos) se podrían realizar tareas que necesitarían más ordenadores clásicos que átomos hay en el Universo.

Menos átomos
-¿Considera que estamos ante un caso de evolución técnica?
-El interés de los ordenadores cuánticos está también relacionado con el progreso que se está realizando en aumentar la capacidad de los ordenadores normales. Es bien conocido que los transistores con los que se construyen los procesadores de los ordenadores van disminuyendo el tamaño con el tiempo. Se calcula que para dentro de unos años estos transistores serán tan pequeños que se tendrán que construir con unos pocos átomos. En ese momento, las reglas de la Mecánica Cuántica entran en juego, y los diseños tendrán, pues, que adaptarse a esas reglas. Lo que la información cuántica proporciona es no sólo un método de construir estos transistores pequeños sino también el poder construir otros aparatos que serán más potentes que éstos.

-¿Podrán llegar al gran público esta clase de ordenadores?
-Es muy difícil predecir cuándo podremos construir un ordenador cuántico con 1.000 qubits. Por el momento se han construido algunos con 4 ó 5 qubits, pero para poder hacer algo útil es necesario tener muchos más. Hasta que esto no ocurra, los ordenadores cuánticos serán útiles para estudiar problemas básicos de la mecánica cuántica y, tal vez, para resolver algunos problemas irrelevantes para el ciudadano normal. Yo creo que, sinceramente, en los próximos 20 años o así no será posible tener un ordenador cuántico que compita con los clásicos. En comunicación cuántica creo que los avances se verán relativamente pronto (5 ó 10 años). En computación cuántica es muy difícil predecir cual será el estado de la tecnología dentro de 20 años. Pero estoy seguro de que en menos de 50 años o bien los ordenadores cuánticos o bien otra aplicación llegará al gran público.

-¿En este sentido, qué cree que falta por desarrollar?
-No existen problemas fundamentales, simplemente problemas técnicos. Falta por desarrollar mucho la tecnología, en particular en los campos de la física atómica y la física de los sólidos.

-¿Hasta qué punto forma parte de un peldaño más en los avances relacionados con la física nuclear, el láser o el transistor?
-La comparación es muy buena. Pienso que la computación y comunicación cuántica pueden jugar un papel en el futuro tan relevante como el láser o el transistor. Pero es bueno recordar lo que ocurrió con el láser desde que se descubrió para ver que lo más importante en el campo de la información cuántica es que es una investigación básica. Cuando se desarrolló el láser, en los años cincuenta, se hizo para tener una fuente de luz de un color bien definido (monocromática). Eso era útil para poder reconocer a los átomos y las moléculas pues estos reaccionan de manera muy distinta a los diversos colores. La gente pensó que esa aplicación del láser estaba bien, pero no era especialmente interesante. Por suerte, se siguieron investigando las propiedades de los láseres, y cómo hacerlos mejores. Pues bien, hoy en día los láseres se utilizan para un montón de cosas que jamás nadie hubiese pensado cuándo se descubrió (CD, operaciones, cortar materiales, medidas de precisión, etc). Creo que la moraleja es que hay que investigar cuestiones básicas, sin preocuparse mucho de las aplicaciones, pues éstas ya vendrán. En este sentido, creo que además de los ordenadores y la comunicación cuántica habrá otras aplicaciones interesantes de las superposiciones y los estados entrelazados.

-¿Se puede hablar de revolución en el cálculo?
-Sí, creo que se puede hablar de revolución. Se trabaja con nuevas leyes de la naturaleza, lo que hace que se puedan hacer cosas distintas a las que podemos hacer ahora. Por ahora se sabe que será más efectivo en cálculos relacionados con la simulación de sistemas, en la búsqueda en bases de datos o en algunos problemas de decriptación. Pero es probable que haya otros ámbitos en los que también sea más efectivo.

-¿Puede llegar a cambiar, por ejemplo, el concepto de estrategia militar?
-En lo que se refiere a la comunicación secreta sí. De hecho las agencias de seguridad de varios países están muy interesadas en el desarrollo de los ordenadores cuánticos y de la comunicación cuántica.

-¿Qué aporta la red cuántica creada en Innsburck?
-La comunicación cuántica, por ahora, está restringida a distancias menores de 50 kilómetros. Es decir, se puede utilizar para enviar mensajes secretos (de manera completamente segura) a distancias relativamente cortas. La red cuántica permitiría poder extender este tipo de comunicación a distancias arbitrarias. La idea es que la distancia no ponga límites a la comunicación. Por otro lado, uno de los rasgos principales de esta propuesta es que la temperatura no perjudica la transmisión de información, y por tanto el sistema es muy robusto.

Una fibra óptica
-¿Qué papel juega el "canal" físico de transporte?
-El canal físico de transporte es una fibra óptica por la que se transmiten fotones. Estos fotones se almacenan en átomos que luego son "teletransportados" de un lugar a otro, transmitiendo la información desde la localidad inicial al final.

-¿Qué falta para que lleguen a comercializarse este tipo de redes?
-Primero deben hacerse experimentos para demostrar que es posible que funcione. Espero que estos experimentos no tarden mucho. Luego, sería necesario mejorar la técnica y hacer las redes más baratas.

-¿Cómo ve la la investigación en España?
-Hay algunos grupos que trabajan en teoría pero muy pocos hacen experimentos. Creo que comparado con otros países de nuestro entorno todavía estamos muy por detrás (no en calidad, pero sí en cantidad). La investigación en general funciona excelentemente en algunos temas concretos, pero en otros muchos también estamos muy por detrás de otros países.