Computación cuántica, a un par de años

El premio Nobel de Física de 1997 William D. Phillips, de visita en México, ofreció la conferencia Información cuántica, una revolución científica para el siglo XXI , un claro panorama de esta ciencia que podría significar causar en el mundo una revuelta tecnológica comparable a la Revolución Industrial o a la era de la electrónica y el mundo digital.

En la plática, ofrecida para celebrar los 50 años de la formación del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinevstav) y de su Departamento de Física, Phillips explicó cómo la informática cuántica puede ser mucho más veloz y esencialmente distinta a la digital.

La mecánica cuántica cambió la forma como pensamos en el mundo físico y las ciencias de la información cambiaron la forma como pensamos sobre cómo pensamos , dijo Phillips.

A la fecha no se ha hecho una computadora digital, dijo, pero cuando se haga su funcionamiento será tan distinto de las digitales, como éstas del ábaco .

Hasta ahí llegaron, en la conferencia, las ideas que no requerían conocimientos de física, sin embargo, Phillips fue capaz de ir explicando la física necesaria para que el público lo pudiera seguir... o admitiendo con franca desfachatez que tal o cual elemento de la cuántica él tampoco lo entendía como, por ejemplo, que un electrón (o cualquier otra cosa a nivel cuántico) se comporte como onda y como partícula o como que ese mismo electrón no tenga tamaño medible, pero sí masa y la posibilidad de girar sobre un eje vertical.

Dualidades, paradojas y qubits: poner las rarezas a trabajar

La computación cuántica estaría basada en algunas de las más desquiciadas ideas de la mecánica cuántica: Por un lado, la posibilidad que tienen las partículas de estar en más de un estado a la vez. Así, un electrón puede tener un giro (spin) up o uno down (lo cual puede hacerse equivalente al uno y el cero de la informática tradicional), pero también puede tener el giro up y el down al mismo tiempo. No sólo eso, también puede estar en dos lugares a la vez.

Así, un bit puede ser uno o cero y un qubit puede ser uno, cero, y los dos a la vez.

Por otro lado, estaría la objeción que hicieran en 1935 Albert Einstein, a quien no le gustaba la cuántica, y dos colegas (Podolsky y Rosen). Esta paradoja se basa en el encadenamiento (entanglement) de la información de las partículas.

Dos partículas están encadenadas cuando el estado de una (digamos el spin de un electrón, por ejemplo) se define en el preciso momento cuando se define el de la otra. Si una es up, la otra es down.

La paradoja que molestaba a Einstein era que nada en la teoría impide que esas partículas se vayan alejando una de otra y que al momento de la definición estén muy distanciadas. Así que, en términos informales, una sabría cómo se definió la otra instantáneamente, sin que hubiera una onda, señal o algo que le avisara, esa información estaría, pues, viajando más rápido que la luz, viajaría instantáneamente.

Es una de las cosas en las que Einstein se equivocó -dijo Phillips-. La naturaleza resultó ser más extraña de lo que él podía tolerar. Ahora se trata de poner esa extrañeza a trabajar .

Las ventajas de la ambigüedad no son sólo para espías

Pero, ¿como puede ser la ambigüedad del qubit una ventaja? La explicación de esto es lo que da una idea del enorme potencial de la computación cuántica.

Phillips explicó que en computación clásica, con tres bits, puedes dar un número cualquiera entre cero y siete (de 000 a 111 en código binario), pero en tres qubits caben o se pueden dar esos ocho números ¡al mismo tiempo!

En sólo 300 qubits podríamos registrar más números que partículas hay en el universo .

Esa enorme capacidad ha hecho que una parte sustantiva del financiamiento a las investigaciones provenga de servicios de inteligencia, ya que haría posible desencriptar cualquier mensaje.

Actualmente se podría averiguar el número de la tarjeta de crédito con la que compraste unos e-books, pero es una factorización laboriosa y haría falta toda la capacidad de computo de la Tierra durante un buen rato... nadie cree que tu tarjeta sea tan importante , dijo Phillips.

Sin embargo, la comunicación cuántica, esa que podría ser instantánea, sería a prueba de espías, ya que por definición (y por el llamado Principio de Incertidumbre) la lectura de la información cuántica la destruye. Si alguien que no debe intercepta un mensaje, éste se destruye y la intercepción sería detectada.

Sin embargo, las aplicaciones de esta poderosa tecnología irían muchísimo más allá. Muchas de ellas son aún inimaginables , aseveró Phillips, pero la que más parece gustarle es la posible simulación del comportamiento de grupos grandes de átomos o moléculas. Podríamos diseñar materiales que hagan exactamente lo que queremos , mencionó.

Desde el origen y hasta México

A todo esto, William D. Phillips no ganó el Nobel por trabajar en informática cuántica, sino por enfriar átomos a temperaturas de pocas 1000 millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Esto lo hizo hace años manejando láseres con gran precisión.

Sin embargo, es justamente con luz de láser y átomos superfríos que Phillips está tratando de construir su computadora cuántica (otros lo intentan con otros materiales).

Lo que, sorprendentemente, logra hacer en su laboratorio del National Institute of Standards and Technology es mandar dos rayos de luz que interfieran uno con otro, lo que genera minúsculas zonas de luz y oscuridad, y cada una de las oscuras, como si fueran cartones de huevo, puede poner un átomo frío.

Manipulando la luz puede hacer que dos átomos se junten en una sola zona oscura y que se encadenen, es decir, ya casi tiene lista una pequeña computadora. Y su grupo no es el único.

Creo que se podrá hacer una computadora cuántica muy elemental en unos dos años, y una grande y que de verdad sea todo lo que he dicho antes, dentro de 20 a 50 años, aunque puedo equivocarme por mucho... en cualquier sentido .

De hecho, uno de los grandes problemas aún no resuelto es si habrá un impedimento para construir grandes computadoras cuánticas que sea intrínseco, ojalá sea sólo de ingeniería .

Aún así, Phillips cree que estos momentos son para la informática cuántica como el tiempo de la invención del transistor lo fue para la clásica.

En México, si bien la mayor parte de la gente que trabaja en el campo de la computación cuántica lo hace desde el punto de vista teórico, existen dos laboratorios donde se hacen experimentos, uno en San Luis Potosí y otro en la UNAM.

Perfil

William D. Phillips

Nació el 5 de noviembre en Wilkes-Barre, Pennsylvania, EU.

Recuerdo claramente el valor que mis padres ponían en la lectura y la educación .

Tuvo un laboratorio en el sótano familiar.

El descubrimiento que lo llevó a obtener el Premio Nobel consistió en obtener en el laboratorio la materia más fría del Universo. Lo hicieron enfriando y atrapando átomos con luz láser.

Las técnicas que desarrollaron permiten hacer relojes que sólo se adelantan o atrasan un segundo cada 40 millones de años y permiten la sincronización de comunicaciones a alta velocidad que hacen posible el GPS.

mlino@eleconomista.com.mx