Ignacio Cirac, el padre de la computación cuántica: "La tecnología existe, pero todavía hay que corregir errores”

Entender y explicar qué es la computación cuántica es un ejercicio que requiere tiempo y ciertos conocimientos de física. Aun así, Ignacio Cirac lo intenta: “La computación cuántica no es una curiosidad teórica, es una nueva forma de procesar información gracias a la superposición y el entrelazamiento de estados”.

“En la práctica, esto puede traducirse en rupturas enormes”, describe desde un enfoque que pretende ser divulgativo, pero con tintes técnicos que se le escapan a esta periodista. Lo hace durante la entrevista que mantiene con DISRUPTORES - EL ESPAÑOL en una de las ocasiones que visita nuestro país.

El encuentro tiene lugar en la Fundación Ramón Areces, en Madrid, y su presencia levanta expectación. Ignacio Cirac es considerado por muchos como el padre de la computación cuántica. Este español, nacido en Manresa, planteó a mediados de los años 90 un concepto pionero: aprovechar las leyes de la mecánica cuántica para resolver problemas que la computación clásica no puede abordar.

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La idea se le ocurrió mientras asistía a una conferencia en Boulder (Colorado, Estados Unidos). “Lo recuerdo como si fuera ayer. El auditorio estaba repleto”, cuenta Cirac. “Allí, con los algoritmos de Peter Shor, se demostró que un sistema cuántico podría vulnerar cualquier cifrado clásico. Pero había un problema obvio: no existía el hardware necesario para hacerlo”.

Junto a su mentor, Peter Zoller –que también asistía ese día a la conferencia–, se les ocurrió cómo crear un ordenador cuántico y se propusieron intentarlo. Era 1994. Desde entonces, el físico español investiga para trasladar esa teoría a la práctica. Un trabajo ininterrumpido que desde 2001 realiza junto a su equipo en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en Garching (Alemania).

De la teoría a la práctica

Para entender mejor en qué consiste esta área de la informática, la siguiente pregunta no se hace esperar: ¿cuáles podrían ser sus aplicaciones prácticas? Su enumeración comienza con uno de los primeros logros de esta área de la informática, que fue demostrar que la criptografía cuántica sirve para reforzar la seguridad de nuestras comunicaciones y defenderse de futuros ataques.

En el ámbito científico, “permitirá simular moléculas y materiales extremadamente complejos para resolver problemas de difícil solución con los superordenadores actuales. Esto acelerará el diseño de fármacos o nuevos compuestos industriales”, menciona con un atisbo de esperanza. 

Ignacio Cirac y Noelia Hernández, periodista de DISRUPTORES, en un momento de la entrevista.

También cita a la industria, un sector que, admite, aún no está claro que pueda sacar beneficio. Aunque sí espera que llegue el momento en el que un algoritmo cuántico pueda analizar millones de rutas logísticas en cuestión de minutos, algo que a un ordenador convencional le lleva días. Esto no solo redundaría en una reducción de costes, también de emisiones de CO₂. 

Como era de esperar, la inteligencia artificial y sus retos también salen a colación. “Se espera que la computación cuántica pueda acelerar algunos procesos de inteligencia artificial, pero este es todavía un campo muy activo de investigación”. Así que, como ocurre con todo lo que tiene que ver con  esta área de conocimiento, habrá que ser paciente.

Retos pendientes

El primer gran hito para la validación de la computación cuántica llegó en 2019 con la anunciada “supremacía cuántica” de Google. Su procesador Sycamore resolvió un problema en minutos frente a los miles de años que necesitaría un ordenador convencional. “Fue un experimento académico sin utilidad directa, pero esencial para darnos una idea de cuál es la potencia de la computación cuántica”, defiende. 

Sin duda, el verdadero logro sería construir máquinas con cientos, miles o millones de cúbits, estables, escalables y con tasas de error mínimas. Para que esto ocurra todavía hay tres retos fundamentales que siguen sin resolverse. 

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El primero es conseguir un aislamiento suficiente para que estos ordenadores sean capaces de operar a temperaturas próximas al cero absoluto y libres de ruido externo. “Hay que construirlos para que operen en situaciones muy extremas, a temperaturas muy bajas, mucho más bajas que el espacio intergaláctico [estimado en -270,45 grados Celsius]”, explica. Cualquier perturbación, por pequeña que sea, destruye la superposición. 

El segundo desafío pendiente es la corrección de errores. “El objetivo es reducir la redundancia. Ahora construimos ordenadores cuánticos del orden de mil cúbits, pero seguimos teniendo errores. Necesitamos millones de cúbits para corregirlos y hacer que funcionen”.

"Ahora construimos ordenadores cuánticos del orden de mil cúbits, pero seguimos teniendo errores. Necesitamos millones de cúbits para corregirlos"

Para entender este concepto, hay que hacer un esfuerzo y saber que los cúbits son tan frágiles que un solo fallo puede arruinar un cálculo, de ahí que se necesite un software que detecte y corrija errores sin multiplicar innecesariamente los cúbits. La otra solución es disponer de un hardware que permita reducir el grado de redundancia. Ese salto haría viable el primer ordenador cuántico universal.

Por último, queda el tema del escalado: “Ya existen tecnologías para construir equipos más grandes, pero todavía hay que corregir errores”, Una carrera de obstáculos, con múltiples plataformas compitiendo en paralelo, como iones, superconductores, fotones o átomos ultrafríos Cada una con sus ventajas y desafíos.

Colaboración necesaria

En 2018, Europa respondió a estos desafíos con el programa Quantum Flagship, una iniciativa de 1.000 millones de euros para unir a académicos e industria. Cirac también destaca la firma del Pacto Cuántico en 2024, la creación de clústeres en Alemania, Francia o España, y el impulso de proyectos piloto en comunicación cuántica. 

No obstante, advierte que el camino todavía es largo, a pesar de los avances que se ha producido de los últimos años. Y aquí surge la gran pregunta:¿cuándo veremos ordenadores cuánticos operativos? Estima que será en 2030–2035 cuando aparezcan las primeras máquinas que puedan ejecutar algoritmos generales con cientos de cúbits lógicos.

"Se impondrán la colaboración y la sinergia entre teoría, experimento e industria”

“Mientras esto llega, veremos ‘equipos cuánticos de propósito específico’ dedicados a optimizar tareas concretas, como simulación molecular, optimización de la logística o análisis de datos financieros”. Serán los que ejerzan de puente entre la Academia y la industria. 

En paralelo, la comunicación cuántica ha progresado a buen ritmo. Ya se transmiten fotones entrelazados a decenas de kilómetros mediante satélites y fibras especiales. El próximo objetivo es construir redes metropolitanas cuánticas, conectando laboratorios con nodos que funcionen como repetidores y creando la infraestructura básica para un futuro ‘Internet Cuántico’. Una red donde la privacidad será teóricamente perfecta.

La revolución que está por llegar

A pesar de todos los retos técnicos y la urgencia de la inversión, el investigador mantiene una visión optimista y confía en los resultados del trabajo conjunto. “Al final, se impondrán la colaboración y la sinergia entre teoría, experimento e industria”.

Sobre esta última, y los anuncios hechos por compañías como IBM, reconoce que están construyendo equipos que en la Academia no pueden desarrollar. De ahí que apueste por una “simbiosis” entre ambas áreas que “puede ser muy sana, pero también considera que la Academia ha de estar aislada de “esas burbujas y expectativas que se están creando”.

"La computación cuántica nos mostrará que la realidad es más rica de lo que imaginábamos"

Hoy sabemos que no llegaremos a un ordenador cuántico plenamente operativo en unos meses, sino dentro de 10 o 20 años. Aun así, este no será el final del camino, porque antes de su adopción generalizada habrá que perfeccionar la corrección de errores, demostrar que existen más aplicaciones prácticas de laS que conocemos para justificar las inversiones y disponer de un ecosistema de estándares. 

Será entonces cuando la computación cuántica “nos mostrará que la realidad es más rica de lo que imaginábamos y que, si aprendemos a controlarla, podemos diseñar soluciones que pueden tener una importarte repercusión en la sociedad”.  Esa es la verdadera revolución que está por llegar.