"Los simuladores cu¨¢nticos pronto ser¨¢n realidad"

Los simuladores van a ser, casi con toda probabilidad, la primera gran aplicaci¨®n de los ordenadores cu¨¢nticos. Y lo van a ser mucho antes de lo que se pensaba. En opini¨®n de Juan Ignacio Cirac, director del Instituto Max Plank de ?ptica Cu¨¢ntica de M¨²nich (Alemania), en "cinco o diez a?os" los primeros simuladores podr¨ªan estar ya disponibles para dar el salto al mundo real. La teor¨ªa para conseguirlo, asegura, ya est¨¢ pr¨¢cticamente escrita, y los experimentos para probarla andan "a buen ritmo", como describe el propio investigador en un art¨ªculo publicado en Science (11 de julio). Cirac ha estado recientemente en Espa?a dirigiendo un seminario en el Centro de Ciencias de Benasque (Huesca).

Pregunta. ?Qu¨¦ es un simulador cu¨¢ntico?

Respuesta. Es un ordenador cu¨¢ntico ideado para comprender las propiedades f¨ªsicas de la materia empleando las leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. Para resolver problemas fundamentales en ciencia se emplean ecuaciones que no tienen soluci¨®n con los ordenadores actuales pero s¨ª la tendr¨ªa en un ordenador cu¨¢ntico. Para ello hay que describir los materiales seg¨²n las leyes de la f¨ªsica cu¨¢ntica y resolver las ecuaciones resultantes. De ah¨ª que sea un simulador.

P. ?Para qu¨¦ un simulador si el ordenador cu¨¢ntico puede tardar 50 a?os en llegar?

R.Los requisitos para construir un simulador cu¨¢ntico son mucho m¨¢s f¨¢ciles de conseguir que para un ordenador cu¨¢ntico. Para que ¨¦ste fuera realmente competitivo se necesitar¨ªa del orden de 10.000 qubits [unidades fundamentales en computaci¨®n cu¨¢ntica]. Para un simulador es probable que con 30 o 50 qubits sea suficiente para efectuar c¨¢lculos y resolver ecuaciones complejas.

P. ?Qu¨¦ tipo de ecuaciones ser¨ªan las apropiadas?

R. B¨¢sicamente, ecuaciones de la mec¨¢nica cl¨¢sica, la convencional. Por ejemplo, los investigadores buscan resolver nuevos materiales superconductores, cuyo principal problema es que s¨®lo son funcionales a muy bajas temperaturas. En los ¨²ltimos a?os se han descubierto superconductores a mayores temperaturas, pero todav¨ªa demasiado fr¨ªas como para pensar en fabricar ning¨²n objeto de inter¨¦s. Pero si se pudieran entender sus propiedades tal vez podr¨ªa incrementarse su temperatura y lograr construir un cable, algo que hoy es imposible. Los f¨ªsicos han descrito varios modelos pero no pueden resolverse con los actuales ordenadores. Con los simuladores cu¨¢nticos podr¨ªa darse con la soluci¨®n. El principio es aplicable a otros sistemas con ecuaciones complejas como el dise?o de aviones o modelos clim¨¢ticos.

P. Dado el conocimiento actual, no obstante, este objetivo parece todav¨ªa lejano.

R. Hace poco m¨¢s de cuatro a?os en el Instituto de Innsbruck propusimos los experimentos para lograr un sistema que permitiera aumentar el n¨²mero de qubits de forma m¨¢s o menos l¨®gica. Propusimos tambi¨¦n el dise?o de puertas l¨®gicas. Los experimentos se han hecho y se ha demostrado que el principio es v¨¢lido para ir sumando qubits capaces de computar con un margen de error muy peque?o, cercano al 3%. El r¨¦cord anterior estaba por encima del 30%.

P. Pese a todo, los ordenadores cu¨¢nticos actuales apenas han superado la fase te¨®rica.

R. Es cierto. Pero hab¨ªa cuestiones que resolver. Hab¨ªa que comprender la f¨ªsica de este sistema para probar que el principio sobre el que se basa es correcto. Una vez probado, hay que hacer lo mismo incrementando los puntos del sistema hasta llegar a unos 10 qubits. Y una vez tengamos esos 10 controlados, debe ser la ingenier¨ªa la que proponga el mejor sistema. En cualquier caso, los principios generales ya est¨¢n probados y las puertas l¨®gicas perfectamente definidas. En un par de a?os se trabajar¨¢ ya con cuatro qubits y se incrementar¨¢ la cantidad hasta 10 en unos cinco a?os. El simulador cu¨¢ntico, la primera gran aplicaci¨®n, podr¨ªa estar listo en cinco o 10 a?os.

P. Eso suponiendo que la teor¨ªa propuesta sea la correcta.

R. Hasta ahora no hemos propuesto ning¨²n experimento err¨®neo. Puede suceder, y ocurre a menudo, que los experimentos no funcionen o no sirvan para nada. Eso es porque se definen teniendo en cuenta condiciones ideales. En la naturaleza no existen esas condiciones, hay m¨²ltiples interacciones que deben considerarse al dise?ar un experimento.

P. ?Servir¨ªa para algo m¨¢s un ordenador con diez qubits que no sea seguir creciendo?

R. Cuando alcancemos esa cifra probablemente se abrir¨¢n dos l¨ªneas de investigaci¨®n. De un lado, se intentar¨¢n sumar m¨¢s y m¨¢s qubits hasta llegar a los 10.000, el n¨²mero que se piensa que debe tener un ordenador cu¨¢ntico para ser competitivo. Del otro, se intentar¨¢ llegar hasta los 30 qubits, cantidad suficiente para poner en marcha un simulador cu¨¢ntico espec¨ªfico para caracterizar materiales o resolver modelos. En todo caso, no ser¨¢ un ordenador que pueda llegar al ¨¢mbito dom¨¦stico. Hoy por hoy nadie piensa en eso.

P. De ah¨ª que no tenga sentido abandonar las actuales l¨ªneas de investigaci¨®n en computaci¨®n convencional.

R. Por supuesto, aunque nadie puede prever que ocurrir¨¢ en el futuro. Cuando surge una nueva tecnolog¨ªa suelen hacerse promesas de futuras aplicaciones que nadie sabe si van a cumplirse o si dar¨¢n lugar a algo impensado. Pas¨® con el l¨¢ser, cuya gran aplicaci¨®n deb¨ªa ser la investigaci¨®n del espectro de los ¨¢tomos. Nadie pens¨® que iba a usarse como lector en un equipo de m¨²sica.

P. ?La criptograf¨ªa cu¨¢ntica es una de esas aplicaciones impensadas?

R. Es posible. En cualquier caso, ha evolucionado mucho m¨¢s r¨¢pidamente que la computaci¨®n cu¨¢ntica. Ahora mismo ya hay empresas que comercializan equipos en Suiza y en EE UU capaces de enviar mensajes secretos que son completamente inexpugnables.

P. Pero a distancias relativamente cortas.

R. Hoy es factible mandar mensajes hasta unos 50 km. M¨¢s all¨¢ estamos topando con un problema fundamental. Los portadores de la informaci¨®n secreta son los fotones y ¨¦stos son absorbidos por la fibra ¨®ptica que los transporta, de modo que cuanto m¨¢s lejos se mandan, peor circulan.

P. ?Es un problema irresoluble?

R. Hace un par de a?os propusimos establecer un sistema de repetidores cu¨¢nticos, algo as¨ª como amplificadores de se?al. Se basan en sistemas formados por un conjunto de ¨¢tomos capaces de absorber el fot¨®n y luego reemitirlo con la misma informaci¨®n. En junio se public¨® en Nature el experimento que demuestra que el fundamento del amplificador cu¨¢ntico es correcto. En los pr¨®ximos meses se publicar¨¢ otro similar en Science.