“El país que tenga esa tecnología tendrá ventaja”. El “Messi de la física” y un invento que puede cambiarlo todo
El físico español Ignacio Cirac, uno de los padres de la computación cuántica, explica en qué estado de desarrollo están hoy estos prototipos y simuladores; por qué es importante que los países inviertan en su desarrollo, su potencial para descifrar mensajes encriptados y desarrollar fármacos y los desafíos de esta tecnología que “puede transformar a la sociedad”
LA NACION
VALENCIA. – “Es cierto. La computación cuántica es aún ciencia ficción, pero como sucede con muchas cosas de la ciencia ficción puede terminar convirtiéndose en realidad”. Quien habla es el físico Ignacio Cirac cuyo sueño máximo sea quizá lograr una computadora, sin errores, capaz de realizar cálculos millones de veces más rápidos que hoy día. Por ahora trabaja con prototipos y simuladores. El desafío es grande: como todo estudio de lo microscópico implica aplicar leyes distintas a las newtonianas. Se trata de una comprensión distinta del espacio y del tiempo. Para muchos es difícil de asimilar.
A Cirac le gusta desde chico la matemática. Se interesó en un campo en donde se pudiese aplicar esa ciencia más que cualquier otra rama académica, y también se siente atraído por la filosofía. Quiere saber de qué estamos hechos. “Nosotros tenemos muchas preguntas que vamos resolviendo con el tiempo. Hasta hace poco, cien años atrás, teníamos una idea muy equivocada. Ahora sabemos que estamos hechos de partículas subatómicas que crean moléculas, pero claro nos gustaría saber si sigue hasta el final el cosmos haciéndose más pequeño”, dice.
Instalado por unos días en un lujoso hotel cercano a la playa, que conserva la arquitectura del histórico Balneario Las Arenas, llegó a Valencia para disertar en un panel sobre el impacto de la inteligencia artificial y la contribución de la universidad a la revolución tecnológica. El debate formó parte del V Encuentro Internacional de Rectores de Universia, organizado por el Banco Santander, en el cual durante dos jornadas cientos de académicos, incluido el propio presidente de España, Pedro Sánchez, una comitiva de 54 directores argentinos (36 de universidades privadas y 18 de públicas) y el ministro de Educación de la Argentina, Jaime Perczyk, expusieron y dialogaron sobre cómo acercar la academia a la sociedad y los desafíos de los próximos años.
En el mundo microscópico las partículas pueden atravesar paredes, estar simultáneamente en varios lugares y vivas o muertas al mismo tiempo. Una moneda puede ser a la vez en cara o cruz. Recibe el nombre de superposición y de alguna forma es un postulado. Para aquellos que no están familiarizados con la física cuántica puede resultar casi intolerable.
Basta decir entonces que si uno tira un dado debería ser imposible saber qué número saldría, ya es que un hecho aleatorio. Pero eso no es verdad. Si supiésemos exactamente cuál es la posición del dado, cuál es la fuerza con la que se tira, en qué posición están todas moléculas del aire del alrededor con las cuales interacciona, de qué está hecho el mantel sobre el que se tira el dado, sabríamos con certeza qué pasaría.
Cirac viste una camisa impoluta celeste y blanca a rayas, pantalón formal azul, y habla corto y conciso, pero trasmite pasión en cada frase que dice. “Una computadora cuántica es una supercomputadora que permite hacer cálculos mucho más complejos y rápidos que las que tenemos ahora. Funciona de una manera completamente diferente y es muy potente. Usamos las leyes de la física cuántica para procesar la información que tenemos”, expresa quien fuera definido como “el Messi” de la física en España por el catedrático Pedro Miguel Etxenike.
Uno de los desafíos más importantes que supone utilizarla y desarrollarla reside en su temperatura óptima de trabajo y es que, a diferencia de lo que sucede con los ordenadores tradicionales, no puede funcionar correctamente a temperatura ambiente. Necesita entornos muy fríos, aproximadamente 273 grados Celsius bajo cero y para ello se usa en su mayoría el sistema de refrigeración criogénica que es costosa.
“El ordenador cuántico de tres metros cuadrados hay que tenerlo en condiciones especiales y extremas y para eso hace falta un laboratorio enorme y una electrónica que no tenga ningún defecto. Hay que aislarla completamente”, explica.
- Al todavía no haberse desarrollado el ordenador cuántico, solo hay prototipos, es muy difícil saber entonces las aplicaciones que surgirán de esa tecnología. Entran aquí en juego otras ciencias, otras ramas. Pero yo me imagino que cuando sueña y duerme se imagina alguna vez una aplicación o algo en particular que diga ‘yo ya veo a la computadora resolviendo esto’. ¿Cuál es la aplicación qué le gustaría darle? ¿Y si pudiese diseñar el modelo ideal de computadora cuántica cómo sería?
Lo que más me interesa personalmente de los ordenadores cuánticos es que pueden resolver lo que llamamos problemas de muchos cuerpos. Problemas científicos pero que luego tienen sus aplicaciones. Podemos construir casas, aviones, cohetes, pero hay algo que no sabemos hacer que es cuando nos vamos al mundo microscópico y hay muchas partículas no sabemos predecir lo que va a pasar. Y eso es lo que pienso que los ordenadores cuánticos sí que pueden hacer: pueden predecir lo que va a pasar ahí. Esa es la aplicación más importante, para mí, que nos dará el paso, nos abrirá el camino para poder no solo comprender sino utilizar la física que existe y que no podemos desarrollar porque no la podemos resolver.
Los prototipos cuánticos
Cirac nació hace 57 años en la pequeña ciudad de Manresa, capital de la comarca del Bages, en la provincia de Barcelona. Era uno de sus 55.400 habitantes (hoy su población asciende a 76.250 personas), y pronto supo que su curiosidad lo llevaría a recorrer el mundo. Pero claro su objetivo era y es más ambicioso: comprenderlo y transformarlo. Se recibió como licenciado en Física Fundamental por la Universidad Complutense de Madrid y con tan solo 26 años también alcanzó el título de doctor en Física en la misma casa de estudios con su tesis sobre la interacción de átomos de dos niveles con estados no clásicos de luz.
El que tenga un ordenador cuántico puede utilizar esas aplicaciones. Una de las aplicaciones está en el campo de la criptografía, encriptar mensajes, por lo cual si uno tiene ese ordenador podrá decriptar mensajes y esa es una ventaja muy grande.
Sus estudios lo llevaron a participar de proyectos de investigación en más de una decena de universidades de renombre como Harvard, Oxford, Hamburgo, Hannover, y el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts). Desde el 2001 dirige la división teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en Garching, Alemania y también es asesor de investigación y profesor invitado en el Instituto de Ciencias Fotónicas de Castelldefels, en Barcelona.
Cirac reconoce que no tiene casi tiempo para descansar, aunque no lo siente como una carga. Posee pasión por lo que hace. Cuando está concentrado en sus investigaciones es como si el tiempo, paradójicamente, se detuviese. Es él y su mundo. Es él y los cúbits- la unidad mínima y constitutiva de la teoría de información cuántica o más sencillo el análogo cuántico del bit en la informática- Es él y la superposición y entrelazamientos cuánticos- capacidad que tienen las partículas microscópicas de estar en varios lados a la vez y la existencia de ciertas correlaciones entre dos o más partículas microscópicas- Es él y los transistores. Es él y el mundo de lo pequeño. Es él y un mundo nuevo por revelarse.
El aire está formado por moléculas. Esas moléculas están formadas por los átomos, los átomos están compuesto de electrones, que dan vuelta alrededor de un núcleo formado por protones y neutrones. Los protones y neutrones están formados por quarks. ¿Pero qué más hay? ¿Cuáles son los enigmas de la física qué se podrían resolver si se lograse hacer una computadora cuántica sin errores?
La computadora que se usa en la actualidad procesa información en ceros y unos, pero en una cuántica, cada cúbit puede ser cero y uno al mismo tiempo y es la clave de su potencia. En 2019 Google alcanzó la supremacía cuántica. Según informaron lograron en 3 minutos 20 segundos una operación para calcular números aleatorios que al ordenador convencional más potente de la actualidad le llevarías miles de años. IBM, el competidor comercial de Google por el reinado cuántico, sin embargo, desestimó la importancia del avance al asegurar que la misma tarea puede ser desarrollada por una computadora convencional en 2,5 días.
- En qué estado están hoy los prototipos y los simuladores de ordenadores cuánticos? ¿Y qué implicó alcanzar la supremacía cuántica que entiendo fue un hito?
Sí, fue un hito. A pesar de que ya existían prototipos no habían sido capaces hasta entonces de resolver un problema de manera más rápida que los superordenadores que tenemos y en 2019 se consiguió por primera vez.
- ¿Cómo evolucionaron desde ese entonces hasta ahora?
Están siendo cada vez mejores, pero todavía nos queda un camino por recorrer. Estamos trabajando aún con prototipos. Las cuestiones que hoy se están estudiando en todo el mundo son en primer lugar si estos prototipos ya pueden ser útiles para algo más que para una demostración de potencia. Para algo de lo que la sociedad se pueda beneficiar. En segundo lugar, hacer con esos prototipos ordenadores cuánticos de verdad, que no tengan errores, que sean muy potentes y que puedan resolver una serie de problemas que sean interesantes.
- ¿Cuántos cúbit tiene hoy el simulador o prototipo que más desarrollo ha alcanzado?
Hay ordenadores cuánticos que tienen más de mil cúbit. Lo que pasa es que no es solo cuestión del número de cúbit, sino qué tan buenos son. Uno puede tener cúbit que sean muy malos, que no hagan lo que queramos hacer, entonces tener muchos no sirve para nada. La cuestión es cuántos muy buenos cúbit tienen esos prototipos cuánticos. Ya hay con 300 cúbit, que son razonablemente buenos. Todavía no son perfectos. Nos gustaría que sean mejores, pero estamos en ese orden.
Los desafíos y las oportunidades
Cirac está acostumbrado, por su trabajo, a hablar mucha parte de su tiempo en inglés y cuando quiere expresar una idea, cada tanto, no le salen las palabras en español instantáneamente. Premio Príncipe de Asturias en 2006 y Wolf en 2014, considerado la antesala del Premio Nobel, su nombre resuena hace tiempo para hacerse con la más prestigiosa distinción.
- Los prototipos de ordenadores cuánticos ya son más rápidos que las computadoras clásicas. ¿Lo único que se puede discutir entonces es que tan más rápidos son?
Lo que ocurre es que depende de la cuestión que queramos resolver con ellos. Si uno tiene un ordenador tan potente como estos, como los superordenadores, uno quizá resuelve problemas relacionados con la meteorología y a lo mejor otro quiere diseñar un material que aguante o que conduzca mejor la electricidad, o un producto químico pues que cure alguna enfermedad. Entonces dependiendo del problema que quieres resolver unos ordenadores son más rápidos y otros más lentos. Y sabemos que los ordenadores cuánticos para muchos de ellos pueden ser muchísimos más rápidos. De tal forma hay problemas que nunca se podrán resolver con un ordenador clásico, pero con los cuánticos, una vez que los construyamos, sí podremos. Así que la cuestión es para que problema queremos aplicarlos. Hay algunos problemas para los que no se necesitaría utilizar un ordenador cuántico.
- En cuanto a la inversión para el desarrollo de computación cuántica. Estados Unidos realiza importantes inversiones, España está abocado más al desarrollo académico y China invierte mucho más que cualquier país de Europa o incluso EE.UU. y supera a todos juntos. ¿Qué peligros y desafíos supone el desarrollo de estas tecnologías a nivel geopolítico? ¿Cuáles serán las ventajas que posea el primer país que tenga una computadora cuántica?
De momento conocemos varias aplicaciones de los ordenadores cuánticos. Entonces el que tenga un ordenador cuántico puede utilizar esas aplicaciones. Una de las aplicaciones está en el campo de la criptografía, encriptar mensajes, por lo cual si uno tiene ese ordenador podrá decriptar mensajes y esa es una ventaja muy grande.
- ¿Es una amenaza entonces para la criptografía?
Sí, es una amenaza. Lo que pasa es que nosotros ya sabemos cómo empezar a cambiar nuestros mecanismos de encriptar mensajes para que sean resistentes. Es lo que está pasando ahora. Eso puede que no sea entonces tan grave. Pero lo que sí existe es que estos ordenadores cuánticos tienen potencia para hacer muchas otras cosas, por ejemplo, para diseñar fármacos y materiales. Si uno puede diseñar fármacos puede hacer entonces patentes, puede ganar propiedad intelectual, puede venderlos, puede hacer muchos más negocios que los demás.
- ¿La aplicación a la que se ve un potencial uso más rápido son los remedios? ¿Piensa que va a servir para combatir enfermedades?
Es lo más claro. Lo que pasa es que como aún no tenemos ordenadores cuánticos es difícil imaginarse cuáles son las aplicaciones más importantes. Si estuviéramos ahora 80 años antes cuando los primeros ordenadores se crearon nadie se hubiera imaginado que nos sirven para los que nos sirve hoy. Entonces esto es algo que yo creo tira mucho a los gobiernos, no solo el chino sino todos, el español, el argentino, a pensar que las tecnologías cuánticas son una prioridad porque sabemos que van a cambiar el mundo y hay que estar en la frontera para poder aprovecharlas.
- Es interesante el punto, ¿pero también pueden ser una amenaza a nivel internacional?
Claro, como todas las tecnologías informáticas pueden ser una amenaza. Si uno tiene un ordenador muy rápido lo puede usar para muchas cosas: cosas buenas y cosas malas.
- Si pudiese resolver una pregunta, imaginando un escenario futurista, con una computadora cuántica funcionando a la perfección, sin errores. ¿Cuál es la pregunta qué a usted más le gustaría responder?
Yo creo que el descubrir algo desconocido en física. De la misma forma que hace cien años descubrieron la física cuántica es posible que haya otra teoría que vaya más allá de la física cuántica y que nos ayude a resolver no solo problemas filosóficos sino también a tener otras aplicaciones. Esperamos que nos pueda ayudar a eso. Y en particular el caso más sonado sería algo que pudiese unificar la gravitación, la ley de gravitación de Einstein con las leyes de física cuántica. Es un problema abierto en los últimos 80 años. Eso, si nos diese una ayuda un ordenador cuántico, creo que lo agradeceríamos mucho los físicos.
- Usted recién decía que no importaba solamente el número de los cúbits sino la calidad. ¿Pero de acá a los próximos años en qué estado de desarrollo se imagina a simuladores cuánticos?
De acá a cinco años tenemos que hacer dos cosas importantes. En primer lugar, empezar a corregir los errores que aún tienen los simuladores y creo que se han dado los primeros pasos. En segundo lugar, en paralelo, hay que ver estos prototipos que tenemos y hacerlos más grandes. A pesar de que tengan errores intentarlos explotarlos para nuevas aplicaciones. Y hacer parte a los emprendedores, a los jóvenes, a la gente con ideas, que quieran utilizarlos y piensan aplicaciones y desarrollen innovaciones. De la misma manera como con los computadores antiguos cuando la gente los empezó a utilizar empezaron a encontrar aplicaciones. Esto es algo parecido.
Los sistemas educativos, las desigualdades y el traspaso de conocimiento a la sociedad
- Los sistemas educativos son los mismos desde hace mucho tiempo. Con la inteligencia artificial y ahora con una la revolución cuántica, ¿no es un problema que no se actualicen los planes de estudio?
Tenemos que preparar a las siguientes generaciones para que puedan utilizar estas tecnologías. Nos ha pasado, en el caso de la inteligencia artificial, que nos ha cogido un poco a los pasos, en el sentido de que ahora los jóvenes no hay tantos que puedan cubrir todos los puestos de trabajo en estas áreas. Así que yo creo que nos tenemos que dedicar a educar y motivar a esos jóvenes para que se impliquen y estudien en estos campos. Esa es una de las partes importantes.
- ¿Y la otra parte importante?
Ahí entra en juego la utilización de las nuevas tecnologías. Según las vamos desarrollando hay que ver cómo se incorporan a la educación. No es lo mismo hace 100 años, cómo estudiaban en clase, donde el profesor leía el libro que ahora que ya tenemos acceso a Internet y a todo ese tipo de cosas. Supongo que habrá una revolución educativa y tenemos que aprovecharla.
- Hay muchos aspectos o partes de materias que se enseñan de memorias. ¿Lo ve correcto o inadecuado?
Yo estoy de acuerdo en que tenemos que aprender a resolver cuestiones con los medios que tenemos a mano, no solo con la memoria, sino con las computadoras, con Internet. Aun así, es importante el ejercitar la memoria porque por mucho que tengas un teléfono móvil las cosas apuntadas en algunos momentos lo necesitas hacer. Ese ejercicio de ejercitar la memoria pues hay que educarlo también, pero no hay que exagerar como hacíamos antes que era todo de memoria.
- En la educación y el acceso a la tecnología, también entra en juego las desigualdades. Habrá cada vez menos trabajos mecánicos y para ello es necesario más educación. ¿Cómo se imagina ese escenario de una persona que compite en el mercado laboral, que no tuvo por el hecho esa tecnología, con otra?
Es un punto muy relevante del que hay que tomar conciencia desde el principio. La tecnología no está hecha para aumentar la desigualdad, sino para que desaparezca o para disminuirla. Y eso tendría que ser así. Es cierto que es difícil llevarlo a la práctica, pero se debería encontrarle la vuelta.
La inteligencia artificial
- ¿La computación cuántica puede ayudar a desarrollar aún más la inteligencia artificial?
Sí, la computación cuántica probablemente pueda ayudar en la inteligencia artificial al hacer que el aprendizaje y la expresividad sea más rápida. Todavía es muy especulativo, porque no lo podemos probar, no tenemos esos ordenadores, pero hay bastante esperanza en que las computadoras cuánticas empujen la inteligencia artificial, la aceleren y la hagan todavía más potente.
- ¿Usted es optimista con la inteligencia artificial?
Soy optimista, pero con cautela. Como todas las tecnologías, hay que utilizarlas y hay que regularlas para que hagan el bien a la sociedad. Entonces, si en algún momento vemos que hay alguna desviación, pues hay que controlar esa desviación y ver que no ocurra. Para eso hay que contar con los expertos y prepararse a tiempo. Además de esto, las tecnologías pueden ayudar en muchas cosas. En medicina pueden detectar algo que probablemente los médicos no serán capaces de detectar o prevenir algo que no se puede prevenir de otra forma.
El futuro
- ¿Hay algo que no le haya preguntado que le gustaría responder?
Quizá lo siguiente. Yo creo que es importante para los científicos como yo poner un halo de cautela delante de los ordenadores cuánticos. Está saliendo en muchos medios de comunicación y en todas partes que los ordenadores cuánticos ya están aquí, que van a resolver todos los problemas, que van a ser algo impresionante, pero eso no es así. Tenemos prototipos, y no podemos resolver ningún problema, entonces hay una burbuja muy grande que se ha creado y que en cualquier momento podría explotar. Hay que prevenir para decir que la computación cuántica es independiente de esa burbuja es algo a más largo plazo. Sin embargo, es algo que con seguridad va a cambiar nuestra sociedad.
- ¿Por qué piensa que se ha creado esa burbuja?
Hay emoción y también hay desinformación, incluso los científicos mismos, pues a lo mejor quieren hacer más promesas de las que pueden hacer y son demasiado optimistas, luego pues hay gente que también quiere ganar valor con esto, y entonces hacen proclamas que no son correctas. Entonces, este es un mundo en el que, como en muchos casos, ha habido muchas burbujas tecnológicas, y esta puede ser una más. Mi mensaje es simplemente este: ´Estoy seguro que detrás de esta burbuja hay realmente algo que nos puede cambiar como sociedad y por lo tanto tenemos que prestar atención seriamente a lo que es la computación cuántica y las tecnologías cuánticas, pero todavía hay que ser cauteloso´.
- ¿Hasta cuándo piensa que va a durar en el tiempo la ley de Moore? (define que cada dos años aproximadamente se duplica el número de transitores de un microprocesador)
¡Uyy! Es difícil. Cuando uno predice que se va a acabar algo es difícil. Decían que se iba a acabar en el año 2020 y sigue todavía. No me atrevo a decirlo (se ríe) porque seguro me equivoco.
La vida es un laberinto
Para entender algo del universo primero hay que dudar de todo. El científico y músico Alberto Rojo cuenta en una nota que Herbert Simon, premio Nobel de Economía en 1978 por sus trabajos sobre la teoría de toma de decisiones, dedica un capítulo de su biografía a la gravitación de Borges y concluye en base al escritor argentino: “Concibe la vida como una búsqueda a través de un laberinto”.
Borges, dice el mismo autor, fue el primero en concebir universos paralelos, ya que En el Jardín de los senderos que se ramifican, propone un laberinto temporal en el que, cada vez que uno se enfrenta por varias alternativas, en vez de optar por una y eliminar las otras, opta simultáneamente por todas. “Crea así diversos porvenires, diversos tiempos, que también se bifurcan”.
“Estamos ante un nuevo mundo y hay que pensar de que forma la tecnología cuántica y otras tienen un impacto en la sociedad”, dice Cirac. Aunque eso nos obligue a pensar el tiempo y espacio en forma distinta.
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