?ngela Capel, matem¨¢tica: ¡°Faltan 15 a?os, como m¨ªnimo, para disponer de un ordenador cu¨¢ntico verdaderamente ¨²til¡±

La f¨ªsica cu¨¢ntica era un mundo por descubrir hasta que, hace un siglo, llegaron los primeros colones. Ahora se est¨¢ en la fase de exploraci¨®n y conquista de ese territorio, donde la computaci¨®n es un Dorado, uno de los espacios m¨¢s prometedores por sus futuras aplicaciones. ?ngela Capel, nacida en Linares (Ja¨¦n) hace 30 a?os, doctora en Matem¨¢ticas e investigadora en la Universidad de T¨¹bingen (Alemania), bromea diciendo que ella, en el s¨ªmil de los conquistadores, ser¨ªa parte de la tripulaci¨®n que, desde el barco, observa el avance de la expedici¨®n para sugerir las rutas donde pueden surgir complicaciones y c¨®mo sortearlas. Sus investigaciones sobre sistemas cu¨¢nticos de muchos cuerpos abiertos, fundamentales en el desarrollo de la computaci¨®n basada en esta mec¨¢nica, le han valido el reconocimiento de los octavos Premios Vicent Caselles, otorgados anualmente por la Real Sociedad Matem¨¢tica Espa?ola (RSME) y la Fundaci¨®n BBVA.

Pregunta. ?C¨®mo es ese territorio de la computaci¨®n cu¨¢ntica?

Respuesta. Muchas veces, las preguntas b¨¢sicas son las m¨¢s dif¨ªciles de contestar. Por simplificarlo mucho, la computaci¨®n cu¨¢ntica deber¨ªa permitir una cantidad exponencial de operaciones en relaci¨®n con las posibles en computaci¨®n cl¨¢sica. La computaci¨®n cu¨¢ntica surge te¨®ricamente hace aproximadamente 40 a?os porque se empez¨® a ver la limitaci¨®n de los procesadores cl¨¢sicos, los que se utilizan para los ordenadores convencionales. Si necesitamos almacenar una mayor cantidad de informaci¨®n en dispositivos cada vez m¨¢s peque?os, hay un momento en el que las leyes de la f¨ªsica no permiten que dichos dispositivos funcionen adecuadamente. A escala de nan¨®metros, los electrones tienden a escaparse y se produce algo que se llama efecto t¨²nel. En la computaci¨®n b¨¢sica, los bits toman un valor de uno o de cero y dos bits permiten enviar cuatro elementos diferentes. En la computaci¨®n cu¨¢ntica se produce una superposici¨®n que facilita mandar con dos qubits cuatro posibles estados de forma simult¨¢nea. Pero el que recibe estos cuatro estados cu¨¢nticos en superposici¨®n no sabe exactamente lo que est¨¢ recibiendo y, para poder observarlo, tiene que realizar una medici¨®n que destruye la informaci¨®n en ese momento. Por lo tanto, la superposici¨®n no es suficiente y, para aprovechar todo el poder de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, se precisa de una segunda propiedad que se conoce como entrelazamiento, algo que, de acuerdo con muchos expertos, sigue sin entenderse completamente c¨®mo se produce en la pr¨¢ctica. Este permite que un efecto, como una rotaci¨®n, en una part¨ªcula [a la que se suele denominar Alice] afecte a otra [Bob] de forma instant¨¢nea, aunque est¨¦n muy separadas.

P. Pero advierte Jian-Wei Pan, uno de los mayores expertos en este campo, que el desaf¨ªo m¨¢s formidable para construir una computadora cu¨¢ntica universal a gran escala es la presencia de ruido e imperfecciones

R. Las investigaciones que hacemos est¨¢n relacionadas con esto. El proceso que he descrito se dar¨ªa en part¨ªculas ideales en un universo donde no existieran m¨¢s que ellas. Cuando se intenta implementar en la pr¨¢ctica, no pasa. Por mucho que se intente aislar un sistema cu¨¢ntico, siempre va a haber un entorno que lo perturbe. Son los sistemas abiertos con los que trabajamos los que modelan este escenario con mayor exactitud. Voy a utilizar un ejemplo para explicarlo: est¨¢s en una habitaci¨®n y tienes una taza de caf¨¦ caliente. Si la miras, puede parecer que es un sistema aislado, pero es completamente falso, porque est¨¢ rodeada por todo el ambiente de la habitaci¨®n, que va a hacer que, con el tiempo, se enfr¨ªe, se produzca un proceso termodin¨¢mico irreversible. La temperatura del caf¨¦ va a llegar a un equilibrio con la temperatura de la habitaci¨®n y esta destruye completamente la propiedad inicial del caf¨¦. En el caso cu¨¢ntico ocurre lo mismo: tenemos un sistema de muchas part¨ªculas en un ambiente que lo rodea, que lo perturba y va a tender a disipar completamente su energ¨ªa. En un tiempo infinito, su temperatura alcanzar¨¢ un equilibrio con la temperatura de ese ba?o t¨¦rmico que lo rodea. Es lo que sucede en los ordenadores cu¨¢nticos. Si tienes un dispositivo que se supone que est¨¢ modelando una memoria cu¨¢ntica, lo tienes que meter en un refrigerador, o ba?o t¨¦rmico, que no perturbe su temperatura, llevarlo al cero absoluto de temperatura [equivalente a 273,15 grados Celsius bajo cero]. Pero no se puede conseguir el cero absoluto y, por lo tanto, siempre va a haber algo que perturbe tu sistema. Adem¨¢s, hay muchas m¨¢s variables que tener en cuenta.

P. ?Es posible entonces la computaci¨®n cu¨¢ntica pr¨¢ctica y tolerante a fallos?

R. Te¨®ricamente s¨ª es posible, pero f¨ªsicamente, a la hora de implementarlo, es muy dif¨ªcil. Creo que hay un acuerdo generalizado en que es imposible un experimento que se pueda realizar completamente en ausencia de ruido o en el cero absoluto de temperatura. La mayor¨ªa de las empresas est¨¢n trabajando en la correcci¨®n de errores porque se asume que se van a producir. El entorno de un sistema cu¨¢ntico va a destruir la informaci¨®n con el tiempo, por lo que hay que ser m¨¢s veloz y tener un c¨®digo que corrija los errores tan r¨¢pido como se produzcan.

Todo el mundo trabaja para que se consiga un ordenador cu¨¢ntico cuanto antes

P. ?Habr¨¢ alg¨²n d¨ªa un computador cu¨¢ntico?

R. La cantidad de qubits con los que se puede trabajar hoy es muy peque?a, unos 120. Har¨ªa falta en torno a un mill¨®n para empezar a hacer algo. Pero empezamos a tener las primeras aplicaciones para ciertos problemas que se cree que se pueden resolver con ordenador cu¨¢ntico. Algunos creen que faltan muchos a?os para tener algo que sea realmente un salto de calidad, pero hay empresas, como Xanadu Quantum Technologies, que dice que para 2030 podr¨ªan tener un prototipo en torno a un mill¨®n de qubits. Habr¨¢ que ver exactamente c¨®mo se comportan esos qubits. Probablemente, faltan 15 a?os, como m¨ªnimo, para empezar a tener algo que sea verdaderamente ¨²til. Pero, por supuesto, todo el mundo trabaja para que se consiga cuanto antes.

P. ?Qu¨¦ implicaciones tendr¨¢?

R. Algunas de las principales aplicaciones tendr¨¢n que ver con la biolog¨ªa y con la medicina. Por ejemplo, calculando el bill¨®n de diferentes formas en que se puede plegar una cadena de cien amino¨¢cidos. Un ordenador cu¨¢ntico, te¨®ricamente, puede construir una estructura diferente, un nuevo espacio multidimensional donde el problema se puede resolver no con fuerza bruta sino evaluando subproblemas, reduciendo la complejidad del problema original. Las farmac¨¦uticas, por ejemplo, est¨¢n esperando que haya una aplicaci¨®n cu¨¢ntica que puedan utilizar en el desarrollo de medicamentos. Para los dispositivos de la poblaci¨®n en general no es ¨²til, no merece la pena.

Para los dispositivos de la poblaci¨®n en general, la computaci¨®n cu¨¢ntica no es ¨²til, no merece la pena

P. Y si el potencial de la computaci¨®n cu¨¢ntica cae en malas manos, ?ser¨ªa el mundo m¨¢s inseguro?

R. Hay una comunidad matem¨¢tica gigante intentando desarrollar algo que se conoce como criptograf¨ªa poscu¨¢ntica y que desarrolla protocolos que deber¨ªan resistir ataques cu¨¢nticos.

P. ?El ¨²ltimo experimento sobre teletransporte abre la puerta a un internet cu¨¢ntico?

R. Es un avance muy importante. La idea es que se pueda transmitir informaci¨®n cu¨¢ntica entre distintos nodos, pero de forma segura y no costosa. Hasta ahora era una cuesti¨®n de Alice [por A] y Bob [B]. El objetivo, tras sumar Charlie [C], es contar con el abecedario completo. Pero es algo que todav¨ªa requiere much¨ªsimo trabajo. Entrelazar dos part¨ªculas es, primero, costos¨ªsimo y segundo, complicad¨ªsimo. Es uno de los principales escollos.

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