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INFORMÁTICA

Un navarro en la carrera cuántica

El pamplonés Fernando González Zalba investiga en Cambridge los ordenadores basados en la mecánica cuántica. Todavía no existen, pero cuando lo hagan uno de ellos será tan potente como todas las computadoras convencionales del planeta

Fernando González Zalba, fotografiado en el Planetario.

Fernando González Zalba, fotografiado en el Planetario.

Actualizada 13/01/2017 a las 12:20

Imagine un reto: encontrar una frase concreta entre la miríada de libros de la British Library, hallar una oración que se esconde en una base de datos que guarda 170 millones de libros donde caben cerca de un billón de frases. Parece una quimera imposible, pero un ordenador convencional sería capaz de lograrlo en un tiempo medio de quince minutos. Un milagro, pero un milagro lento. Si tuviéramos un ordenador cuántico, la frase aparecería en un milisegundo. ¿La razón? Un ordenador normal busca frase por frase, una a una, hasta dar con lo que busca. El cuántico puede estar, y buscar, en varios sitios a la vez. Por eso es mucho más potente y rápido. Sólo existe un problema: los ordenadores cuánticos todavía no existen. “Son una idea teórica, que en el papel funciona. Pero cuando existan serán más potentes que todos los ordenadores convencionales del planeta juntos”, explica Fernando González Zalba.


Este pamplonés lleva ocho años investigando las posibilidades de la computación cuántica en un lugar tan referencial para la historia de la ciencia como el laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Licenciado en Física por la Universidad de Zaragoza, llegó a Inglaterra para mejorar su formación, pero acabó quedándose: se diplomó en Southampton y se doctoró en Cambridge. A sus 31 años, ahora trabaja para la empresa japonesa Hitachi, pero dentro del Departamento de Física de la universidad, el laboratorio donde, por ejemplo, se descubrió la estructura del ADN. Hace unas semanas regresó por unos días a Pamplona y habló en el Planetario de los ordenadores cuánticos y de sus posibilidades.

 

EL MUNDO CUÁNTICO


Para explicar cómo funcionaría un ordenador de este tipo, hay que entrar en el mundo de lo cuántico, tan fascinante como desconcertante. Es el ámbito de lo más pequeño, del átomo, y allí las cosas funcionan de manera muy diferente a cómo lo hace nuestro mundo cotidiano. Por ejemplo, en lo cuántico una partícula puede estar en dos sitios a la vez o girar al mismo tiempo a la derecha y a la izquierda. Suena raro, sí. Casi hace falta un acto de fe para creérselo. Pero funciona, o al menos eso dice la ciencia. La mecánica cuántica está más que demostrada y se aplica, por ejemplo, en los teléfonos móviles o en las resonancias magnéticas. Y en la informática, claro.


Un ordenador normal procesa la información en forma binaria, con ceros y unos, con los que despliega toda su capacidad de cálculo. Los microprocesadores ‘juegan’ con los electrones, llevándoles de un sitio a otro, de manera que según ocupen o no los espacios del chip equivalen a un 1 o un 0. Los ordenadores cuánticos, en cambio, juegan con esa sorprendente capacidad de las partículas de estar en más de un sitio a la vez. “Los que llamamos quantum bits o qubits pueden estar en el estado 0 y el estado 1 a la vez. Así, en vez de dos posibilidades, tenemos muchas más. Me gusta explicarlo con una imagen de la Tierra. En un ordenador convencional es como si solo pudieras ir de vacaciones a dos sitios, al Polo Norte y al Polo Sur. Si eres cuántico, puedes viajar a cualquier lugar de la esfera terrestre”, ilustra González Zalba.


“Eso ya te da posibilidades adicionales, pero obtienes más cuando colocas más de un qbit juntos. En condiciones normales, dos bits se pueden combinar de cuatro maneras: 00, 01, 10 y 11. Pero dos bits cuánticos pueden estar en los cuatro estados a la vez. Por eso, un ordenador cuántico puede probar todas las posibilidades a la vez, hacer algo especial con ellas, lo que se llama algoritmo cuántico, y llegar a la solución lo más rápido posible”. Raro, como todo lo cuántico, pero científicos como el pamplonés están convencidos de que funcionará.

 

PROBLEMAS COMPLEJOS


González Zalba, en todo caso, avisa: los ordenadores cuánticos serán más potentes, pero no siempre serán la mejor solución. “Para resolver un problema normal, utilizaremos por lo general un ordenador convencional, y no solo porque es más barato. Operación por operación, un ordenador normal es también más rápido”.


La computación cuántica demuestra de verdad su fortaleza cuando aumenta el número de pasos que hay que dar con una solución. “Hay problemas para los que un ordenador normal tardaría miles de millones de años. Son problemas imposibles, que un ordenador cuántico sí puede resolver en un tiempo razonable, ya que puede llegar a la conclusión en muchos menos pasos”. El pamplonés viaja a Cambridge para poner un ejemplo adecuado. “Imaginemos que queremos buscar la ruta más corta que una los 31 colegios que hay en la Universidad de Cambridge. Si hacemos el cálculo, resulta que tenemos 100 billones de trillones de rutas posibles. Un ordenador convencional tiene que probarlas todas, una a una, para dar con la solución. Los cuánticos pueden ser mucho más rápidos”.


Por eso, estos ordenadores, cuando existan, se utilizarán para problemas específicos, y complejos. Es poco imaginable que los tengamos en casa. “Lo más probable es que estén en centros de cálculo y puedas pedirles el trabajo que necesites”. Serán, eso sí, muy útiles en varios campos. Por ejemplo, para diseñar materiales o moléculas. “Una farmacéutica podrá usarlo para poner a prueba un nuevo medicamento. También se aplicarán en ámbitos de optimización, para hacer simulaciones del tiempo atmosférico o para predecir los mercados financieros. Y para llevar a cabo búsquedas en bases de datos. Por ejemplo, el genoma humano es una librería enorme hecha con pares de bases que estamos comenzando a entender. Un ordenador cuántico sería muy útil para buscar en el genoma de forma más efectiva”.


Claro que, para eso, es necesario solventar un problema nada baladí: los ordenadores cuánticos no existen aún. Por el momento, estamos en la carrera cuántica, como en los años 60 se vivía en la carrera espacial. “Hay empresas como Google, IBM, Hitachi, Intel... muy interesadas. Cada una está invirtiendo en torno a 10 o 12 millones de dólares al año en esta investigación”, señala el pamplonés, que también predice: “Dentro de entre cinco y diez años tendremos ordenadores cuánticos capaces de solucionar problemas con los que un ordenador normal no puede”.


Por el momento, la técnica más prometedora se basa en materiales superconductores, en los que la corriente eléctrica fluye sin resistencia alguna. “En ellos se da el fenómeno de que la corriente puede circular a la vez en el sentido de las agujas del reloj y en el contrario”. Esa tecnología, en la que el niobio sustituye al silicio, se puede integrar en microchips parecidos a los de nuestros ordenadores. Pero hasta ahora sólo han conseguido que trabajen a la vez nueve qubits al mismo tiempo. Y eso es poco. “Se pueden resolver problemas sencillos como simular una molécula de hidrógeno. Pero se calcula que un ordenador cuántico realmente efectivo debería contar con 50 qubits. No estamos lejos”.


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