En una conferencia que pronunció en Sevilla, Juan Ignacio Cirac nos contó que en 1944 se presentó uno de los primeros ordenadores construidos en Estados Unidos, el Colossus, una de cuyas aplicaciones fue descifrar los mensajes de los nazis durante la segunda guerra mundial, y que tras el éxito de la presentación, el presidente de IBM dijo que en el mundo solo podría haber sitio para unos cinco ordenadores como el Colossus.
Cualquiera de nosotros que hace 25 años hubiera hecho una predicción sobre las posibilidades del teléfono inteligente, se habría equivocado también estrepitosamente. Por eso, porque algo hemos aprendido, hablar hoy de las aplicaciones de los ordenadores cuánticos, más que una predicción, es solo un juego para aliviarnos un poco del esfuerzo que supone tratar de entender los misteriosos fundamentos cuánticos de su funcionamiento como la superposición, el entrelazamiento o la decoherencia. No obstante, veamos un muestrario de aplicaciones.
Industria.- Para empezar por algo familiar, como son los coches que utilizamos todos los días, pensemos que algunos de sus fabricantes ya están haciendo cálculos y pruebas para la aplicación de los ordenadores cuánticos al diseño de sus automóviles. Desde que se piensa en un nuevo modelo de coche hasta que sale al mercado pueden pasar unos cuatro años. El proceso es largo, costoso y complicado, con estudios de nuevos materiales, ensayos en túneles aerodinámicos y pruebas de choque que pueden suponer una vuelta al principio si los resultados no son satisfactorios. Con la utilización de los ordenadores cuánticos y nuevos algoritmos de simulación podrán optimizar todo el proceso armonizando, por ejemplo, la resistencia al impacto con el mejor aprovechamiento del espacio interior y una mejor aerodinámica, ahorrando tiempo, energía y dinero. También la industria aeronáutica ha empezado ya a utilizar los ordenadores cuánticos disponibles. Esto nos lo contó la revista TIME hace unos meses.
Salud.- Las posibles aplicaciones en la biología médica despiertan una enorme esperanza. La computación cuántica ayudará a estudiar mejor las respuestas de cada célula a los estímulos de las hormonas, las perturbaciones genéticas o la acción farmacológica, y este mayor conocimiento permitirá dar el salto a los tratamientos terapéuticos personalizados. No olvidemos que el tratamiento personalizado es el gran salto que aun tiene que dar la medicina. También permitirá el desarrollo de modelos mucho más completos que los actuales para estudiar el comportamiento de un tejido que sufre cáncer, el crecimiento descontrolado de las células cancerígenas y su diseminación. Otro campo al que se le abren grandes posibilidades es el de la elaboración y estudio de nuevas proteínas, con las que quizás se puedan encontrar tratamientos para la celiaquía y otras intolerancias.
Optimización de recursos.- Una aplicación que se cita con frecuencia es la optimización de recorridos. ¿Cuál es el trayecto más económico o más rápido que hay que seguir cuando tenemos que recorrer un número elevado de destinos, por ejemplo, ciudades o entrega de paquetes en una ciudad? Cuando el número de destinos es pequeño el problema se resuelve a mano sin complicaciones. Cuando crece el número de puntos, para reparto de comida o de sangre por parte de la Cruz Roja en grandes ciudades, se utilizan a veces las curvas de Peano, creadas por el matemático italiano Giuseppe Peano. Sin embargo, cuando el número de puntos que hay que visitar es muy elevado, el número de combinaciones posibles crece tan rápidamente que se sale incluso de la capacidad de los superordenadores actuales.
Ciencia.- Para los científicos la llegada de los ordenadores cuánticos es un verdadero regalo, sobre todo en los ámbitos de la química, la ciencia de los materiales, la física fundamental y las matemáticas. Para poder describir las reacciones químicas o las propiedades químicas de los medicamentos, los cálculos que hay que hacer son tan complicados que no se pueden realizar con los ordenadores actuales. Por ejemplo, el estudio físico-matemático de una molécula de CO2, analizando los orbitales de los electrones, sus posibles niveles energéticos, y la interacción entre todas las partículas, nos lleva a manejar matrices de millones de filas por millones de columnas. Lo mismo ocurre con los estudios de nuevos materiales, con los que también se trabaja a nivel atómico. Para los físicos los ordenadores cuánticos se convertirán en una herramienta imprescindible para el manejo del llamado Modelo Estándar, que es el que describe de qué estamos hechos, todas las partículas que nos rodean y cómo nació y evolucionó el universo. El Modelo Estándar es la mejor descripción que existe del mundo subatómico pero no lo explica del todo. Entre las cuestiones que tiene sin resolver se encuentran la energía oscura, la materia oscura o la preponderancia de la materia sobre la antimateria. Poder simular todo esto será algo fantástico. Y para los matemáticos también será una herramienta de primer orden, pues de los 23 problemas que en el año 1900 Hilbert dijo que los matemáticos tenían que resolver en el siglo veinte, aún quedan pendientes diez o doce que no se han podido resolver con la ayuda de los ordenadores clásicos.
Inteligencia artificial.- La computación cuántica dará un impulso enorme a la inteligencia artificial generativa que tiene uno de sus soportes básicos en la autogeneración de datos y en su búsqueda rápida y eficiente al nivel de una conversación normal. Con la computación cuántica se utilizan algoritmos matemáticos impracticables con los ordenadores clásicos que, como veremos otro día con detalle, reducen de manera insospechada los tiempos de búsqueda.
Comunicaciones.- En el campo de las comunicaciones la computación cuántica cobra un relieve especial cuando se trata de enviar muchos datos. Cuando se envían grandes cantidades de datos con un ordenador clásico se necesitan cantidades enormes de bits. Los ordenadores cuánticos resuelven el problema con solvencia y necesitando pocos cúbits. Es lo que se llama una cuestión de eficiencia.
Sin duda los ordenadores cuánticos revolucionarán también el mundo de internet, que pasará a ser un internet cuántico, donde la información circulará mediante le llamada teleportación, en virtud de la cual el estado de una partícula se puede transferir a otra que se encuentre en otro lugar, enviando así la información sin que las partículas tengan que moverse. El futuro de internet será impenetrable a cualquier hacker. Una aplicación que todos usaremos será sin duda la votación segura, que garantizará el anonimato de nuestro voto y que éste llegue a su destino.
Otro tema estrella cuando se habla de la computación cuántica es la criptografía. Esta aplicación es tan importante que a ella le dedicaremos un post completo más adelante.
Por supuesto, todas estas aplicaciones no significarán nada frente a las que empezarán a aparecer cuando la computación cuántica sea accesible a las administraciones públicas, las empresas o las grandes organizaciones de todo tipo. Y no estaremos exentos de riesgos. Los servicios públicos, las redes de energía, los medios, los bancos, los negocios y las organizaciones de voluntarios sufrirán ciberataques que tendrán como objetivos la distribución de medicinas, de alimentos o de material de socorro o auxilio. Las guerras modernas y los mecanismos de seguridad nacional se basarán en la velocidad y precisión de la toma de decisiones. Pero como dijo David Spirk, antiguo jefe de la oficina de datos del Departamento de Defensa de los EEUU: “Si su computador es más rápido que el de ellos, usted gana. Es bastante simple. La computación cuántica es el siguiente salto”.
Figura de cabecera: Agrupación de las partículas del Modelo estándar
El blog de Enrique Reina 