China quiere liderar en computación cuántica, la tecnología que nos permitirá tener trenes que levitan

Llamada a revolucionar su campo, la computación cuántica promete resolver problemas inabarcables para los ordenadores clásicos , ni siquiera los más avanzados. Estos sistemas permitirán procesar datos a una velocidad casi inimaginable, ejecutando tareas en tan solo segundos, cuando a nuestras actuales máquinas les costaría millones de años. Son la base, por ejemplo, del futuro de la medicina, que podrá fabricar fármacos totalmente personalizados. O de nuevos materiales superconductores que nos permitan desde generar energía eléctrica de forma más eficiente a crear trenes de levitación magnética de alta velocidad. Pero también podrán manejar toda la ingente información creada durante estos años del Big Data y ponerlos al servicio de, por ejemplo, la inteligencia artificial o del machine learning, campos que ya están fuera de la ciencia ficción y que forman parte de nuestro día a día. Sin embargo, para llegar hasta ahí se necesita no solo desarrollar la tecnología, sino la ciencia que la dirija. La ciencia básica. Y en esas está aún la computación cuántica.

La principal diferencia entre un ordenador cuántico y uno clásico es su sistema de comunicación: los ordenadores que tenemos en casa se comunican entre ellos a través de ‘ bits ’, el lenguaje binario que, por complejos cálculos matemáticos, convierte la información en ceros y unos; sin embargo, en computación cuántica, los sistemas ‘hablan’ en ‘ cúbits ’, que pueden ser cero y uno a la vez (por el mismo principio que rige al famoso gato Schrodinger , vivo y muerto al mismo tiempo), lo que multiplica exponencialmente el rendimiento de esta tecnología. Pero sus sorprendentes cualidades no acaban ahí. Entre los cúbits se produce un extraño fenómeno, llamado entrelazamiento cuántico, por el que son capaces de comunicarse entre sí a distancias enormes sin que exista ningún canal de transmisión, lo que amplía aún más sus posibilidades. Aunque sabemos todo esto desde hace tiempo, aún no tenemos los equipos que puedan aprovechar de forma eficiente estos fenómenos físicos.

En 2019, Google presentó su procesador Sycamore, el primero que proclamaba la supremacía cuántica : el gigante de Mountain View afirmó que su sistema de 54 cúbits (aunque funcionaron 53) podía llevar a cabo una tarea en apenas 200 segundos frente a los 10.000 años empleados por el mejor superordenador clásico del momento (es decir, que un equipo cuántico podía realizar una tarea casi imposible para un ordenador clásico, ni siquiera el más avanzado). Una afirmación no exenta de polémica, ya que fue rebatida por IBM , que afirmaba que su equipo más puntero podría tardar algo más de dos jornadas. De hecho, precisamente un equipo Chino acaba de hacer público un trabajo (si bien aún no está revisado por pares) en el que afirman que pueden emular el mismo resultado del procesador de Google con un superordenador en tan solo 300 segundos, lo que invalidaría la afirmación de la compañía estadounidense.

Un año después, físicos chinos reclamaban el mismo título, aunque con un sistema diferente a los cúbits superconductores, algo más limitado. Para ello utilizó un circuito óptico del muestreo de bosones: empleando una extraña propiedad cuántica de las partículas de luz (fotones), que viajan aleatoriamente en diferentes direcciones dentro de un circuito, el equipo llamado Jiuzhang podía resolver en 200 segundos un problema que al mejor superordenador clásico le costaría 600 millones de años en completar. «Sin embargo, es una máquina muy limitada en su aplicación», explica Juan José García-Ripoll , físico teórico del Instituto de Física Fundamental (dependiente del CSIC). «Las máquinas de muestreo de bosones son una línea de investigación interesante y fundamental en óptica cuántica y mecánica cuántica, pero no constituyen un modelo computacional completo». Es decir, no se trata de un ordenador tal y como lo concebimos en nuestra imaginación, sino más bien de un sistema cuántico con una tarea muy específica.

Apenas unos meses después, China dio el siguiente paso y presentó su procesador Zuchongzhi , su réplica al ordenador cuántico de Google. «Es destacable la capacidad de China para desarrollar experimentos de impresionante calidad y escala en plazos muy cortos. El procesador cuántico es comparable al experimento de 2019 de Google y que es el procesador que siguen usando en esa empresa a fecha de hoy. Por esas fechas en China tenían un procesador de 10 cúbits mucho peor», apunta García-Ripoll. En apenas dos años, los físicos chinos pudieron crear un procesador capaz de terminar la tarea para la que fue programado en 70 minutos, muy por debajo de los 8 años que tardaría un superordenador actual. Aunque pueda parecer un margen ‘pequeño’, es necesario tener en cuenta que los equipos clásicos mejoran de forma paralela a la tecnología cuántica. «Se está propiciando una carrera muy sana entre la computación cuántica y la clásica, y eso es fantástico», apunta García-Ripoll. Aún así, los autores del estudio aseguraban que la tarea era « de 100 a 1.000 veces más complicada que la que llevó a cabo Sycamore ».

Pero no contentos con eso, con apenas meses de diferencia, investigadores del Laboratorio Nacional de Ciencias Físicas de Hefei en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China anunciaban que ya había mejorado ambos sistemas, creando el prototipo Jiuzhang 2.0 y el procesador Zuchongzhi 2.1 publicadas en sendos artículos de la revista ‘ Physical Review Letters ’ (que pueden leerse aquí y aquí ). En el caso del primero, las mejoras incluían un sistema reprogramable de forma rudimentaria, cambiando los estados de luz generados (y no toda la circuitería de su interior, como su predecesor), además de nuevas fuentes de luz con fotones ' squeezed ' o entrelazados . «Estas fuentes de luz son más ‘brillantes’, esto es, generan más fotones por segundo, por lo que pueden repetir los experimentos más rápidamente», explica García-Ripoll.

En cuanto al nuevo procesador Zuchongzhi 2.1 , es capaz de realizar en 4,2 horas un cálculo que cualquier otro ordenador habría tardado miles de años en completar gracias a su sistema integrado por 66 cúbits (de los que dispone de 56 , tres más que el procesador de Google). «Lo más interesante es que parece un procesador cuántico de propósito general, por lo que su utilidad y aplicación a otro tipo de problemas está mucho más clara», señala García-Ripoll. Es decir, es más parecido a un ordenador cuántico.

Cierto es que todos estos sistemas, en menor o mayor medida tienen tareas muy específicas y están aún bastante lejos de conseguir un ordenador cuántico comercial -las apuestas más optimistas hablan de una década -. Sin embargo, cada paso nos acerca más a ese futuro con fármacos a medida y redes de trenes que levitan. Y China parece haber cogido carrerilla.