Ignacio Cirac: "Los ordenadores cuánticos acelerarán la capacidad de aprendizaje de la inteligencia artificial"

Las leyes de la física que explican cómo funciona el mundo que vemos y que nos rodea dejan de ser válidas cuando escudriñamos todo lo que ocurre en el reino microscópico. Allí, las partículas más elementales que forman la materia, como los átomos, pero también más pequeñas, como los electrones, tienen propiedades muy exóticas que atentan contra toda intuición y parecen casi imposibles, como ejemplifica el famoso gato de Shrödinger, vivo y muerto al mismo tiempo dentro de una caja hasta que lo observa.

La teoría que explica las reglas de este mundo de partículas es la mecánica o física cuántica y nos ha permitido avances extraordinarios, como la electrónica: desde los ordenadores a los móviles, las luces LED, los paneles solares y los equipos médicos en los hospitales, entre más.

El físico Ignacio Cirac (Manresa, 1965) es uno de los principales expertos mundiales en este ámbito. Y su nombre suena cada año en las quinielas para el premio Nobel de física por sus contribuciones capitales, sobre todo en computación cuántica. Sus trabajos teóricos han abierto nuevas vías de investigación experimental en áreas como la ciencia de materiales, la física de altas energías, la química y la criptografía, lo que le ha valido recibir numerosos galardones, como el Príncipe de Asturias y el prestigioso Wolf, así como la Medalla Max Planck. Ahora su investigación se centra en cómo utilizar la física cuántica para comunicarnos de forma más eficiente y segura, ya distancias cada vez mayores.

Desde 2001 es director de la división teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching (Múnico, Alemania) y es investigador invitado y asesor científico del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), situado en Castelldefels. La semana pasada visitó Barcelona para participar en el programa de debates Ciencia Radical, comisariado por el físico y periodista científico Toni Pou, colaborador del ARA, en el Centro de Cultura Contemporánea de Barcelona (CCCB).

La Unesco ha declarado en 2025 elaño internacional de la ciencia y la tecnología cuánticas. ¿Por qué?

— En primer lugar, porque hace cien años que se desarrolló la teoría que nos ha permitido comprender cómo funciona la materia a escala microscópica y que nos ha llevado a diseñar los sistemas electrónicos que tenemos en casi todos los dispositivos que utilizamos a diario: los materiales semiconductores; los LED, los láseres. A esto le llamamos la primera revolución cuántica, y con este año internacional le rendimos homenaje. Pero, además, queremos celebrar que en los últimos años las tecnologías cuánticas han avanzado mucho y han generado muchas expectativas, incluso ocupando portadas en los medios de comunicación y apareciendo en los discursos políticos.

¿Ya estamos, pues, en la segunda revolución cuántica?

— Aún no ha llegado. Esta segunda revolución se basa en intentar explicar otras leyes de la física cuántica que conocíamos antes, pero que no podíamos explotar. Y son las más raras de todas, porque son las menos intuitivas.

¡Nada en cuántica parece intuitivo!

— Sí, pero hay distintos niveles. Como ocurre con los planetas, los electrones sólo pueden moverse y estar en ciertas órbitas, mientras que otras están prohibidas, y esto puede desafiar nuestra imaginación. Pero si digo que un objeto no tiene definido dónde estará, que ni él mismo sabe dónde está, ni puede saberlo, eso sí desafía completamente la intuición. Y son estas según leyes, más extrañas, que ahora hemos logrado dominar en los laboratorios y las que queremos utilizar.

¿Qué permitirán?

— Sobre todo trabajar con información. Nos permitirán procesarla en ordenadores de un modo algo distinto a ahora. Tendremos sistemas de comunicación basados ​​en la física cuántica que serán mucho más seguros que los que tenemos hoy.

¿Se necesitarán ordenadores cuánticos?

— Así es. Aunque hace tiempo que oímos hablar de ello, en los últimos años hemos avanzado sustancialmente. Si dispones de varios millones de euros, ya te puedes comprar uno. Y no sólo eso, sino que puedes invertir, comprar acciones en el mercado. Aunque ahora mismo son máquinas que no resuelven mucho, hacen más que los que teníamos hace veinte años, claro. Entonces eran pequeños prototipos que, básicamente, demostraban el principio de funcionamiento. En ese tiempo se han desarrollado más y han aumentado de tamaño. Sin embargo, todavía están lejos del ordenador cuántico que queremos tener en el futuro.

¿Hacen algo mejor que los ordenadores actuales o que los superordenadores?

— Por el momento, se dedican a resolver problemas académicos. Google, en el 2019, anunció que había logrado la supremacía cuántica, una noticia que dio la vuelta al mundo. Se inventaron un problema académico para obtener números aleatorios siguiendo unas pautas concretas. Con un ordenador cuántico el problema podía resolverse en cuestión de minutos, mientras que con un ordenador usual para obtener estos números aleatorios se necesitarían millones y millones y millones de años, seguramente más que la edad del Universo. En el futuro también podrán desencriptar mensajes. Así, si compras algo con tu tarjeta de crédito y yo tengo un ordenador cuántico, voy a ser capaz de encontrar cuál es el número de tu tarjeta, algo que con los ordenadores actuales no podemos hacer y por eso son transacciones seguras.

¡Pero entonces crearán un problema de seguridad!

En efecto. Pero, por otra parte, las tecnologías de comunicación cuánticas, que no los ordenadores, permiten encriptar mensajes de forma segura, incluso en contra de los propios ordenadores cuánticos. Al final no tenemos ninguna ganancia en este ámbito, porque los ordenadores cuánticos dañan algo que debemos arreglar también con física cuántica. Pero existen más ejemplos de aplicaciones, como cálculos científicos. Los científicos queremos resolver muchos problemas y no podemos hacerlo por falta de potencia de cálculo. Los ordenadores cuánticos nos permitirán resolverlos. También problemas de cómo se comportan los materiales a muy bajas temperaturas, cuestiones relacionadas con teorías de la gravedad, teorías cuánticas de muchos cuerpos. O en diseño de materiales o productos que provengan de una reacción química, como un fármaco, para los que se necesitan cálculos muy complicados para un ordenador usual que los cuánticos pueden hacer fácilmente. O problemas relacionados con procesos industriales de optimización. Claro, también existen algunas cuestiones de inteligencia artificial, porque los ordenadores cuánticos pueden acelerar como aprende la IA. Pero quizás la aplicación más clara de los computadores cuánticos que conocemos es intentar simular procesos cuánticos complejos.

Es algo paradójico.

— Cierto. Si tenemos un problema que debemos describir con la física cuántica, como los que aparecen en química o materiales, son difíciles o imposibles de resolver con superordenadores. La simulación cuántica utiliza ordenadores cuánticos para simular lo que les ocurrirá en el futuro, para hacer predicciones con ello, porque en estos ámbitos aparecen problemas que necesitan las reglas de la física cuántica. De hecho, muchos de los descubrimientos que se han realizado con simulaciones cuánticas han propiciado investigación con ordenadores clásicos y han permitido que se desarrollen mejores algoritmos para ordenadores clásicos. Lo más importante es que todos estos son tan sólo algunos ejemplos que ahora conocemos de las muchas aplicaciones que van a tener y que ahora no somos ni capaces de imaginar.

¿Cómo funcionan los ordenadores cuánticos?

— No es que sean más rápidos que los ordenadores clásicos, sino que utilizan una forma distinta de resolver los problemas y procesar la información. Se basa en las leyes de la física cuántica, trabaja con lo que llamamos superposiciones cuánticas, que es algo que no existe en el mundo macroscópico, sólo en el microscópico: un mismo objeto puede hacer varias cosas a la vez Entonces, los ordenadores cuánticos pueden resolver varias tareas a la vez, trabajar en paralelo y eso nos permite acelerar. Pero mientras funcionan y realizan estas operaciones no podemos mirarles, porque si no dejan de funcionar. Y por eso, es necesario aislarlos muy bien, lo que constituye la gran batalla de hoy. Necesitamos construir ordenadores cuánticos suficientemente grandes, pero que estén bien aislados para poder explotarlos.

Cataluña tendrá uno de los primeros ordenadores cuánticos europeos

¿Dónde se están construyendo?

— Algunas compañías de EE.UU., China y también de Europa están construyendo pequeños prototipos. Cada uno utiliza una tecnología diferente y todavía no sabemos cuál se va a imponer. Pero esto es importante, porque en esta carrera para realizar ordenadores cuánticos se desarrollarán muchas tecnologías que pueden ser incluso más importantes que los propios ordenadores cuánticos. Todo el ecosistema que se crea en un sitio es más importante que construir el ordenador, por eso es crucial que en ciudades como Barcelona salgan start-ups e industria interesada.

El Barcelona Supercomputing Center contará con uno de los primeros ordenadores cuánticos de Europa.

— Sí, en Cataluña y en España, en Europa en general, se está haciendo una apuesta importante por las tecnologías cuánticas. En Alemania, donde vivo, se está inyectando mucha financiación. Sin embargo, es difícil competir con nuestros colegas de China, donde la financiación es enorme, a una mayor magnitud, o con los estadounidenses, porque tienen una industria muy potente que no tenemos en Europa, sobre todo en materia de tecnología de la información. Es muy positivo que se haya lanzado una iniciativa como el proyecto Quantum Spain, donde el ICFO desempeña un papel de liderazgo y despunta en comunicaciones cuánticas. También otras instituciones catalanas, reconocidas en todo el mundo, están teniendo un rol crucial y son punteras en algunas tecnologías cuánticas. Esto es impresionante, que un país que no tenga una industria sólida esté a la cabeza. También es muy positivo que los políticos catalanes estén convencidos de la importancia que tienen las tecnologías cuánticas y secunden su desarrollo.

¿Es importante que Cataluña, que Europa, desarrolle su propio ordenador cuántico?

— Imaginemos que se construye uno en un país que no es amigo de Occidente. Ese ordenador sería capaz de descifrar nuestros mensajes secretos, crear mejores fármacos, mejores materiales; generaría muchas patentes; revolucionaría probablemente la industria, optimizaría mejor sus procesos, tendría una ventaja económica, incluso militar. Esto, que es una exageración, sería un problema.