Juan Luis Sánchez Toural
Muchos de los problemas a los que nos enfrentamos son intratables. Para resolverlos, necesitamos un modelo de computación distinto, una nueva perspectiva, una nueva forma de pensar sobre ellos: la computación cuántica.
En 1968 se estrenó 2001, Una odisea del espacio, una colaboración entre el escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke y el director Stanley Kubrick. En ella se exploran varias ideas especulativas, como los viajes interplanetarios, el contacto con seres alienígenas, el origen de la humanidad o las máquinas conscientes.
Creo que sería justo decir que el protagonista es HAL 9000, una inteligencia artificial encargada del gobierno de la nave espacial, los sistemas vitales o las comunicaciones, y que prácticamente dirige y controla la misión: un viaje a Júpiter donde se producirá el encuentro con una civilización extraterrestre. Esa máquina, iguala o incluso excede la inteligencia humana, al poder realizar con éxito cualquier tarea intelectual.
Hace más de dos décadas que dejamos el año 2001 atrás y ni por aquel entonces, ni actualmente, hay rastro de semejante logro. La razón: carecemos de la capacidad computacional necesaria. Y carecemos de ella aun utilizando los mejores supercomputadores, junto con las mejores GPU, disponibles.
Ese logro no será posible sin un nuevo paradigma computacional: la computación cuántica. Una tecnología, hasta hace poco, exclusiva del entorno de la investigación pero que se abre camino. En ese sentido, y para impulsar el avance de esta disciplina, la Universidad Internacional de La Rioja, ofrece el primer Máster Universitario en Computación Cuántica en Español.
Una nueva forma de pensar sobre los problemas
El potencial de la computación cuántica, y siguiendo con nuestro contexto cinematográfico, podría aplicarse al cálculo de la trayectoria óptima para realizar un viaje interplanetario o anticipar el fallo de un componente, pero también, ofrecer soluciones a muchos de los problemas a los que nos enfrentamos como especie, como son la gestión de los recursos naturales, el cambio climático o la distribución de la energía. Impulsando el progreso humano de forma extraordinaria.
La mayoría de los problemas a los que nos enfrentamos son problemas computacionalmente intratables, exponenciales, es decir, los recursos y el tiempo necesarios para resolverlos crece de forma exponencial con el tamaño del problema y por ello, más que resolverlos, nos resignamos a convivir con ellos.
Para encontrar soluciones, necesitamos una forma distinta de procesar la información, un modelo de computación exponencial. Ese modelo es la computación cuántica; veamos cómo funciona.
Imaginemos que queremos resolver un laberinto, y para ello, utilizamos un computador convencional o binario. El algoritmo irá explorando de forma secuencial los distintos caminos posibles. Si en un determinado instante hiciéramos una “foto” al estado del sistema, veríamos que en aquel momento (como cabría esperar), el computador se encontraba evaluando una ruta determinada entre el conjunto de rutas posibles. Sin embargo, un computador cuántico permite la computación en superposición, esto quiere decir que podemos establecer el estado del sistema de tal forma que represente en un mismo instante no una de las rutas, sino todas las rutas posibles.
Más allá del mundo empresarial
No se trata únicamente de mejorar los resultados empresariales de una entidad financiera o de una empresa de logística, que se enfrentan a problemas ciertamente exponenciales en su día a día. Su impacto en la civilización podría ser enorme. Se trata, probablemente, de la forma definitiva de procesar información, es la forma en la que la naturaleza lo hace, constantemente, con máxima eficiencia y en tiempo real.
Sin embargo, todavía estamos lejos de este logro, nuestras QPU (Quantum Process Unit, versión cuántica de las CPU binarias) son muy limitadas actualmente, el desafío tecnológico de su construcción es formidable, pues se trata de almacenar información en forma de un estado cuántico y su posterior procesamiento como una evolución de dicho estado.
El sistema que alberga el estado cuántico es extraordinariamente sensible. Para que pueda evolucionar de forma adecuada y proporcionarnos la solución que buscamos, debe encontrarse lo más aislado posible del mundo exterior, pero, a su vez, tenemos que poder controlar dicha evolución con precisión y rapidez, por lo que necesitamos que se encuentre fuertemente acoplado con nuestros mecanismos de control y lectura final. Estos requerimientos opuestos, un fuerte acoplamiento para el control y la lectura y un mínimo acoplamiento con el entorno para preservar su estado, hacen su diseño y fabricación extremadamente desafiantes.
Por el momento, disponemos de sistemas muy modestos desde el punto de vista de las dos dimensiones principales en las que se mide su capacidad de computación: el número de cúbits y su fiabilidad. Esos sistemas no permiten resolver el problema del cambio climático, pero sí desarrollar y ejecutar algoritmos que pueden escalar y que, a medida que crezcan los procesadores, irán proporcionando valor de forma progresiva.
La computación cuántica no es solo una forma alternativa de procesar información que nos permitirá continuar la senda que nos ha brindado la computación binaria y que ahora llega a su fin, no es solo cuestión de poder resolver problemas nunca resueltos antes o resolver problemas de forma más rápida, además hará que la computación sea energéticamente sostenible.
A diferencia de HAL 9000, cuyas directrices para completar la misión entraban en conflicto y terminaron con dramáticas consecuencias para la tripulación, una “inteligencia artificial cuántica” podría acelerar el progreso como ninguna otra herramienta lo ha hecho, tendría infinidad de aplicaciones en ciencia, todo tipo de industrias e incluso en el arte. Nos ayudaría en la exploración espacial, la colonización de otros planetas y la recuperación del nuestro.
Un ecosistema de computación cuántica
Para acelerar su aprovechamiento se ha de crear un ecosistema completo que no existe, se ha de formar a una nueva generación de profesionales para cubrir la demanda actual y futura con todo tipo de perfiles pues, como en cualquier otra disciplina, el talento y la curiosidad, son los atributos que finalmente nos permiten avanzar como especie. En ese sentido, UNIR encabeza esta oferta con su Máster Universitario en Computación Cuántica.
Es solo una cuestión de tiempo, seguramente en esta década en la que nos encontramos, pero hallaremos la salida del laberinto, con alguna de las tecnologías que se están explorando o con otra que todavía no hemos alcanzado a imaginar. Finalmente tendremos esa unidad de procesamiento cuántica, escalable y tolerante a fallos, que dará paso a la computación cuántica universal y a una nueva era para el descubrimiento.
Autor: Juan Luis Sánchez Toural, director del Máster Universitario en Computación Cuántica de UNIR.
