Texto: Jaime Fernández - 21 sep 2021 09:42 CET

En su charla, Sergio Boixo repasó los hitos científicos que llevan hasta la computación cuántica, entre ellos la propia mecánica cuántica, formulada ya en 1929, y la máquina de Turing, de 1937. Reconoce el conferenciante que “la mecánica cuántica nos ha dado gran parte de la tecnología moderna, como los transistores y sin mecánica cuántica no habría chips ni pantallas planas, ni láseres… Ahora, la computación cuántica consiste en unir esas dos revoluciones del siglo XX y usar la mecánica cuántica, no sólo para hacer los componentes de los ordenadores, sino también para programarlos”.

El primer paso en el objetivo de Google se hizo público en 2019, cuando se consiguió “una computación postclásica, muy especializada, no necesariamente práctica, pero que demostrase algo que no se puede realizar con un superordenador moderno. En concreto, un pequeño chip compitiendo con el que era el superordenador más grande del mundo, consiguió simular un circuito aleatorio, que son los más difíciles de simular”. Eso demuestra que los ordenadores cuánticos experimentales ruidosos, “llamados así porque interaccionan con el entorno, ya son capaces de hacer algunas computaciones formales más rápidos que los supercomputadores, eso sí, son computaciones que tienen exclusivamente interés científico”.

Richard Feynman, en 1982, se dio ya cuenta de que si se hiciera un ordenador con la lógica de la mecánica cuántica se podrían resolver ecuaciones complejas de Física y Química, y “eso es lo que da el empuje fundamental a la computación cuántica, resolver no sólo casos puntuales, sino todos los casos”. Con ello se podrían “hacer baterías con otros metales de transición, catalizadores para plásticos, superconductores de alta temperatura que no pierdan energía en el transporte, creación de fertilizantes eficientes energéticamente…”.

Para llegar a eso, hace falta un ordenador tolerante a fallos, con corrección de errores cuántica, que según Boixo es algo que está previsto para el año 2029. Aunque antes de eso hay que lograr que los qubits (los bits de la informática cuántica) sean de mejor calidad y conseguir escalarlos hasta el orden de un millón de qubits. Reconoce el científico que “escalar es difícil, pero reducir el ruido es aún más difícil”.

Confíesa Boixo que “este es un momento bastante excitante para la computación cuántica, porque la gente que lleva tiempo haciéndolo, reconoce que está avanzando mucho más rápido de lo que se pensaba hace diez o quince años. Los que están dentro del campo están ilusionados y piensan que habrá aplicaciones pronto”.

Sin expectativas exageradas

A pesar de todo, el responsable de Google incide en que todas las tecnologías tienden a pasar por un ciclo de expectativas en un momento en que se espera mucho, pero a veces las expectativas son exageradas y luego hay un desencanto. Cree Boixo que las cosas son difíciles y aunque hay un gran potencial, no hay que perder de vista que también se puede pasar por la fase de desencanto en lo que respecta a la computación cuántica.

Una vez que se supere ese bache los primeros ordenadores cuánticos tampoco servirán para todo. Confíesa Boixo que se duda que puedan hacer por ejemplo, programas de machine learning o de optimización clásica, en eso “no podrán superar a los ordenadores clásicos, porque son unas máquinas maravillosas”. Es cierto que se podrán resolver problemas de química de manera más eficiente con ordenadores cuánticos, aunque sean ruidosos, pero en problemas clásicos no habrá oportunidad al menos hasta que tengan un ordenador tolerante a fallos, con el que por lo menos podrían intentar hacerlo.

En el camino en la creación de ordenador cuántico sin errores, quieren crear primero un prototipo de qubit lógico, de corrección de errores, que tenga más coherencia que qubits más pequeños. De momento se han mejorado los errores de las puertas lógicas, los errores al leer, reinicializar los qubits… y se ha visto que la probabilidad de error lógico decrece según se ponen más qubits. “Si se consigue eso, lo que hará falta será escalar”, aclara Boixo.

De momento, los ordenadores cuánticos actuales se programan como un sistema físico, con la mentalidad de un experimento físico, aunque el potencial de la computación cuántica es el ordenador tolerante a fallos que se quiere hacer en 1929, que ya no será un experimento físico y que habría que programar de una manera totalmente distinta. Cree Boixo que “hoy no existen las herramientas que van a hacer falta en ese año. Se pueden hacer algoritmos, asumiendo que tienes un ordenador sin errores, para demostrar que pueden factualizar o hacer simulación química, o de cualquier otro tipo, pero ahora mismo esto se hace con lápiz y papel, no existen los lenguajes que nos van a hacer falta”.

En el camino primero tendrán que trabajar en la corrección de errores, así que no sólo habrá que hacer el ordenador, sino que también hará falta el software para el decodificador, y “eso será un problema muy difícil, porque habrá muchos qubits y habrá que hacer muchos ciclos de corrección de errores en millonésimas de segundo. Y una vez que haya un decodificador se van a ir construyendo capas por encima para ir haciendo las herramientas que permitan programar un ordenador tolerante a fallos”. Es decir, que “a corto plazo seguirá siendo un experimento físico, y a largo plazo hará falta cambiar la manera de programar”.

Terminó Boixo animando a los estudiantes para que se apunten al programa de becas de Google, que se abren este mes de septiembre. Los perfiles, para el grupo de cuántica, son variados, desde ciencia de materiales, a expertos en algoritmos en simulación fermiónica. Explica el conferenciante que “son programas cortos, en los que se va para hacer un proyecto concreto del que se suele salir con un artículo, así que ya se debe tener un cierto bagaje del área de especialización para la que se solicita la beca”.