La informática cuántica supondrá una transformación radical de los sistemas de información
Por si no fuera suficiente el cambio que está provocando el uso de la inteligencia artificial y de los algoritmos basados en ChatGPT y derivados en los buscadores de información en Internet, los ordenadores prometen dar el definitivo salto cuántico, una revolución drástica y vertiginosa en el cálculo de los datos y de sus aplicaciones. En los últimos meses se han realizado notables progresos en el desarrollo de los ordenadores cuánticos y, aunque se necesitarán probablemente varios años, o incluso décadas, para que estén a punto y sean realmente efectivos, “en los próximos cinco años habrá más innovación cuántica que en los últimos treinta años”, opina Jay Gambetta, vicepresidente de informática cuántica en IBM.
La informática cuántica está cada vez más en el candelero. Los recientes avances en inteligencia artificial han puesto de manifiesto que los grandes progresos científicos y tecnológicos no se producen siempre de forma paulatina y relativamente predecible, sino que a veces se acumulan varios avances muy considerables en poco tiempo con un resultado muy espectacular, como ha ocurrido en el pasado en distintos campos de la ciencia, la tecnología o el arte. Queda por ver si el progreso en informática cuántica será vertiginoso en muy pocos años o los múltiples desafíos a los que se enfrenta provocarán un freno en su desarrollo comercial.
La informática cuántica se basa en la misma naturaleza probabilística de la dualidad entre onda y partícula (o corpúsculo) y la del principio de superposición de estados de la física cuántica. Esta física cuántica fue desarrollada hace poco más de un siglo por Einstein y otros físicos eminentes, con resultados que aún desafían la lógica y lo que intuimos de nuestra realidad, pero todo indica que las reglas de la física cuántica son las que funcionan a escala microscópica. Las reglas de la física clásica de Newton del siglo XVII son perfectamente aptas, sin embargo, para explicar la realidad que nos envuelve.
Mientras un ordenador tradicional procesa los datos en unidades elementales de información (unos y ceros, o bits), los ordenadores cuánticos funcionan con qubits, que hace que el uno pueda ser un cero al mismo tiempo, y viceversa, gracias al principio de superposición cuántica. Como un dato puede existir así en múltiples estados, aparte de la sucesión fija de ceros y unos, un ordenador cuántico tiene la capacidad de realizar múltiples operaciones simultáneamente, en vez de llevarlas a cabo una por una.
Un avance importante tuvo lugar en 2019, cuando Google anunció el desarrollo de Sycamore, un chip cuántico de 53 qubits, que funciona con superconductores y a temperaturas muy próximas al cero absoluto (0,015 grados Kelvin o 273,135 grados centígrados bajo cero). El pasado noviembre, IBM desveló su nuevo chip Osprey, con 433 qubits y en su hoja de ruta de este año prevé tener un chip de 1.121 qubits y superar los 4.000 qubits en 2025. En otros países, especialmente en China, hay avances similares. De todas formas, el mayor número de qubits no significa necesariamente que el dispositivo pueda realizar cálculos verdaderamente útiles porque los resultados dependen de la calidad de estos qubits y de su conectividad.
El software para corregir los múltiples errores que se producen es tanto o más importante que los chips cuánticos
Para algunos expertos, el Sycamore de Google es un chip equilibrado, porque cuenta con un número relativamente reducido de qubits y de calidad, y que además están bien interconectados entre sí. Que los qubits sean de calidad significa que no generan demasiada información completamente inútil y plagada de errores sino que permiten realizar algunos cálculos válidos. El problema principal que tienen los ordenadores cuánticos actuales (existen alrededor de 60 operativos en todo el mundo) es que son capaces de generar muchísima información pero después no sirve de mucho porque no se sabe separar el grano de la paja ni tener confianza en los resultados presentados.
Los errores son inevitables y mucho más en un ordenador cuántico, con una información que no es binaria sino que presenta múltiples estados. Es fundamental, por tanto, minimizar y corregir estos errores con la ayuda de software específico durante la fase de proceso de la información, como señala la física teórica Zaira Nazario, especializada en informática cuántica en el centro de investigación Watson de IBM, en un artículo de la revista Scientific American del pasado mayo.
Así, tener un chip con muchos qubits conectados en un sitio próximo al cero absoluto y que suministren información no es suficiente. Debe acompañarse con un software suficientemente potente para detectar y descartar los errores de lo que se haya procesado. El desarrollo del software que sea capaz de corregir los errores inevitables de los ordenadores cuánticos es, para Nazario, incluso más importante que tener chips más potentes. Esto da una idea de los colosales retos a los que se enfrenta el desarrollo de los ordenadores cuánticos.
La capacidad casi ilimitada de cálculo de los ordenadores cuánticos promete avances espectaculares en múltiples campos, como en los modelos de predicción de clima y de desastres sísmicos, la búsqueda de nuevos tratamientos médicos y materiales o la simulación en tiempo real del funcionamiento de dispositivos digitales, porque son infinitamente más rápidos y precisos que con los superordenadores actuales.
De todas formas, estos avances, si realmente se producen y los resultados son fiables, también pueden comportar efectos indeseados si estas potentes herramientas de cálculo caen en malas manos. Las agencias de seguridad nacionales ya empiezan a estar preocupadas ante la posibilidad de que los sistemas criptográficos actuales queden obsoletos. Muchos expertos ya aconsejan que se diseñen ahora sistemas criptográficos cuya información sea totalmente segura y a prueba de los ordenadores cuánticos del mañana. Algunos, incluso, ya consideran que es tarde en vista de los grandes avances que se hacen en informática cuántica y que cada vez se vulneran más sistemas que en principio se consideraban absolutamente seguros, y eso con los superordenadores actuales.
La enorme capacidad de cálculo que se prevé que tendrán los ordenadores cuánticos puede poner en riesgo la confidencialidad de los datos de las redes de telecomunicaciones y los centros de datos que tienen los operadores. Para minimizar este riesgo, la GSMA, la asociación que reúne a la mayoría de los operadores de telecomunicaciones mundiales, anunció el pasado septiembre la formación de un grupo de trabajo, la Post-Quantum Telco Network Taskforce, para “contribuir a definir la política, regulación y procesos de negocio de los operadores para una protección mejorada de las telecomunicaciones, en vistas a un futuro de la informática cuántica avanzada”.
“Dado el avance acelerado de la informática cuántica, los datos y sistemas protegidos con métodos criptográficos actuales podrían quedar obsoletos en pocos años”, declaró Scott Crowner, vicepresidente del desarrollo de negocio y adopción de la informática cuántica en IBM. Por tal motivo, Crowner se felicita de la iniciativa de la GSMA de crear un grupo de trabajo para minimizar los riesgos de privacidad que pueda comportar la informática cuántica. Inicialmente, IBM y Vodafone forman parte de esta iniciativa y se espera que próximamente se sumen otros operadores y desarrolladores de los equipos y software de informática cuántica.
Distintos países ya hace algún tiempo que se han lanzado al desarrollo de ordenadores cuánticos, especialmente China, que, según el World Economic Forum, invirtió el año pasado alrededor de la mitad de los 30.000 millones de dólares del total estimado en el mundo. Otra cuarta parte, unos 7.500 millones, se invierten en Europa. Esto hace que la suma que invierte Estados Unidos sea menor de la que generalmente se cree, al menos a nivel estatal. Un reciente artículo publicado por la revista Time señalaba que la U.S. National Quantum Iniciative invirtió el año pasado 1.200 millones de dólares, frente al billón de dólares que Estados Unidos se gasta anualmente en defensa.
No queda claro si las inversiones privadas en informática cuántica quedan incluidas en dichas cifras por países. Está claro que las compañías estadounidenses Google, Amazon e IBM, o la china Alibaba entre otras, invierten a sus expensas una suma considerable en el desarrollo de informática cuántica, aunque no necesariamente en seguridad nacional. Lo que es seguro es que la industria de la informática cuántica va al alza. La consultora IDC proyecta una facturación del sector de 8.600 millones de dólares en 2027, frente a los 412 millones del año 2000.
Los avances, como se ha dicho, tienen que producirse tanto en hardware como en software para que haya una auténtica revolución cuántica. Enrique Lizaso, consejero delegado de Multiverse Computing, una empresa de San Sebastián especializada en el desarrollo de software para ordenadores cuánticos y que estará presente en el MWC de Barcelona, dentro del pabellón español, asegura que los algoritmos de aprendizaje de los equipos cuánticos son completamente distintos de los utilizados en los centros de datos de los ordenadores tradicionales. “Hay mucho trabajo por hacer para lograr una información fiable de los resultados presentados por los ordenadores cuánticos”, asegura.