Las tecnologías cuánticas, ante el reto de la escalabilidad y en busca de problemas que justifiquen su ventaja técnica

Las tecnologías cuánticas son la gran promesa de una revolución con pocos precedentes en la historia de la informática. A pesar de que se trata de un mercado relativamente pequeño (866 millones de euros este año), las expectativas de MarketsandMarkets hablan de una industria de 4.300 millones de euros en 2028. 

Aunque la computación cuántica haya saltado recientemente a la primera plana mediática, lo cierto es que debemos buscar sus antecedentes hace ya más de 30 años. Entonces, un tal Richard Feynman planteaba los principios de la mecánica y la electrodinámica cuántica que, a la postre, darían vida a los ordenadores cuánticos que hoy nos ocupan. Equipos muy distintos de los PC que todos tenemos en nuestras casas y oficinas, porque son capaces de incorporar los distintos estados de los fotones o electrones (las partículas esenciales que se usan en lugar de chips) dentro de un mismo dispositivo.

Dicho de otro modo: estamos ante máquinas que funcionan por superposición (esto es, cuando dos cúbits presentan los dos valores de forma simultánea, multiplicando su capacidad de procesamiento) y entrelazamiento (de modo que dos o más cúbits estén conectados entre sí). Gracias a estos computadores cuánticos, podremos abordar temas complejos que hasta ahora eran imposibles de resolver. Por ejemplo, podremos hacer simulaciones más rápidas y precisas de nuevos materiales o medicamentos, de cientos de años a apenas horas. También, veremos ordenadores que podrán ellos solos analizar el riesgo de sus clientes en milésimas de segundo.

La mesa redonda con investigadores de la UC3M a propósito de la computación cuántica.

"Los desafíos siguen estando en tener un computador cuántico que sea resiliente ante errores, versátil en un contexto flexible y que pueda comportarse como un ordenador de propósito general", detalla Alberto Ibort, investigador del grupo de Matemática Aplicada a Control, Sistemas y Señales y miembro del consorcio QUITEMAD (QUantum Information TEchnologies MADrid), durante un encuentro organizado por el Parque Científico y Tecnológico de la Universidad Carlos III de Madrid a propósito de sus 'Retos para Innovar Juntos 2023'. "No estamos lejos de conseguirlo y de ir dando pasos hacia casos de uso que rozan la ciencia-ficción, como el empleo de los principios de la física cuántica en videojuegos, la manipulación del estado cuántico de elementos orgánicos o la teleportación de organismos vivos", añadió.

Para Erik Torrontegui, investigador principal del grupo QUEST: Quantum Engineering, Science and Technology y director del Máster Universitario en Tecnologías e Ingeniería Cuánticas, el gran reto de las tecnologías cuánticas está "en el desarrollo del propio computador. Necesitamos mejorar mucho la escalabilidad y la coherencia según aumenta el número de cúbits para alcanzar la supremacía cuántica". Torrontegui está convencido de las enormes aplicaciones de la computación cuántica ("Escala de manera exponencial y permite realizar múltiples operaciones en paralelo") pero también de otras técnicas como los sensores cuánticos (sondas gravitacionales, hiperpolarizadores...) o la simbiosis entre 'machine learning' y cuántica.

A su vez, Honorio Martin, investigador del grupo de Diseño Microelectrónico y Aplicaciones (DMA), centró su intervención en las implicaciones en ciberseguridad y cifrado de las tecnologías cuánticas. "Debemos protegernos ante ataques cuánticos a los sistemas de cifrado. Se cumple un año de que el NIS seleccionara los algoritmos postcuánticos de firma y capsulado porque tanto la NSA como el CCN plantean que en 2025 podría estarse rompiendo el cifrado RSA que todos conocemos". En su opinión, "las tecnologías cuánticas nos permiten desde generar números aleatorios o intercambiar claves de forma segura".

Trasladarlo al tejido productivo

Además de los investigadores de la UC3M, el evento organizado por esta universidad contó con la presencia de importantes representantes del tejido productivo en torno a la computación cuántica.

"El mundo es cuántico, por lo que es lógico que haya computadores cuánticos. Es el sueño cumplido de los físicos, la pesadilla de los ingenieros y la oportunidad para las empresas", introducía Alfonso Rubio-Manzanares, coordinador del Grupo de Trabajo de Cuántica en AMETIC. "España no es una potencia mundial en cuántica, pero sí estamos bien posicionados en Europa. Necesitamos un plan estratégico, que el Gobierno ya prometió, y una ingeniería específica de cuántica para jugar un papel importante en esta tecnología que es el elemento geoestratégico más relevante del siglo".

La mesa redonda de empresas y startups del entorno de la UC3M a propósito de la computación cuántica.

Carlos Hernando, R&D engineer en Cyclomed Technologies, spinoff del CIEMAT y la UC3M, es especialista en superconductividad aplicada. "Los materiales con resistencia cero fueron descubiertos antes que la teoría que los explica", detallaba. "Su impacto en ámbitos como la medicina ha sido increíble, pero ahora puede ser una tecnología habilitadora en muchos otros campos". Se refiere, por ejemplo, a la construcción de nuevos ciclotrones superconductores, aceleradores cuánticos de radioisótopos que puedan instalarse en un hospital e incluso nuevos sistemas de almacenamiento energético "donde tener la energía circulando eternamente por un cable hasta ser usada".

Por su parte, Ricardo Enríquez Miranda, Head of Quantum Advisory Team Advance Math en el Repsol Technology Lab, confesó que "las empresas somos pragmáticas, debemos dar resultados y ahora mismo en torno a la computación cuántica hay muchas expectativas, inquietudes y temores de seguridad y a quedarse fuera de la ola". El reto para Enríquez Miranda es "encontrar problemas que cuantifiquen la ventaja cuántica industrial", que podrían venir de revisitar problemas ya resueltos con ideas frescas, de aplicaciones en logística, biocombustibles o la optimización de sus refinerías.