Los prototipos de ordenadores cuánticos que tienen IBM, Intel, Google, IonQ o Honeywell, que son cinco de las compañías que están apostando con más contundencia por esta tecnología, no se parecen lo más mínimo a un PC. Los cúbits superconductores y los de iones atrapados, que son las dos tecnologías más avanzadas actualmente, necesitan operar en un entorno controlado y en unas condiciones muy exigentes. De lo contrario no llevarán a cabo su propósito.
La morfología de los ordenadores cuánticos con cúbits superconductores en particular está condicionada por la necesidad de poner a punto un sistema de refrigeración que permita a su procesador cuántico trabajar a una temperatura de unos 20 milikelvin, que son aproximadamente -273 grados centígrados. Y sí, es imprescindible que operen con el mayor grado de aislamiento del entorno posible y a una temperatura tan asombrosamente baja.
Este mínimo nivel de energía les permite dilatar el tiempo durante el que se mantienen los estados cuánticos del sistema, y, a la par, también postergar el momento en el que aparece la decoherencia cuántica. Los estados cuánticos se mantienen durante un lapso limitado, y este tiempo es, precisamente, el que tenemos para llevar a cabo operaciones lógicas cuánticas con los cúbits de nuestro ordenador. Una vez superado aparece la decoherencia y desaparecen los efectos cuánticos, por lo que el ordenador cuántico pasa a comportarse como un ordenador clásico.
Sorprendentemente el equipo que podéis ver en la imagen de portada de este artículo es un ordenador cuántico. No es un PC, pero es evidente que lo parece. Y no es una casualidad. Lo fabrica la empresa china SpinQ y tiene tres cúbits de tipo NMR (Nuclear Magnetic Resonance). Mide 610 x 330 x 560 mm y pesa 44 kg, por lo que aunque es un poco más voluminoso y más pesado que un PC convencional podemos colocarlo sin problema en nuestro escritorio. Sin embargo, esta no es su finalidad. Los ordenadores cuánticos, por sencillos que sean, no compiten con los PC.
Qué es y qué no es el ordenador cuántico Triangulum de SpinQ
Antes de seguir adelante merece la pena que nos detengamos para repasar algo importante: a los ordenadores cuánticos no se les da bien resolver el mismo abanico de problemas al que podemos enfrentarnos utilizando un superordenador clásico. Los científicos están convencidos de que los ordenadores cuánticos plenamente funcionales que si todo sigue su curso llegarán en el futuro serán muy buenos resolviendo solo una porción de esos problemas.
Los cúbits de SpinQ están implementados aprovechando la posibilidad de medir los estados de espín de ciertos átomos de una molécula
Se les dará bien la simulación de sistemas cuánticos, como pequeñas moléculas, macromoléculas o materiales. Y también los problemas de optimización que persiguen trabajar con un coste que queremos minimizar. O los de física estocástica, que aprovechan la naturaleza aleatoria del hardware cuántico para simular, precisamente, procesos aleatorios. Sin embargo, nada nos indica que vayan a resultarnos útiles para ofimática o creación de contenidos. Ni siquiera para otras tareas más "serias", como el trabajo con bases de datos o el procesamiento de grandes cantidades de información.
Todo esto nos invita a preguntarnos cómo ha conseguido SpinQ poner a punto un ordenador cuántico tan compacto. Y también para qué sirve. La primera clave nos la dan sus cúbits que, a diferencia de los que utilizan IBM, Google o Intel, no son superconductores; están implementados aprovechando la posibilidad de medir los estados de espín de ciertos átomos de una molécula utilizando técnicas de resonancia magnética nuclear (NMR). Un apunte breve: el espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular.
Esta estrategia ha permitido a esta compañía china poner a punto unos cúbits razonablemente sencillos, que, además, pueden operar en unas condiciones ambientales relativamente poco exigentes. Es una tecnología madura que se conoce desde hace más de dos décadas. De hecho, el ordenador cuántico que ejecutó por primera vez el algoritmo cuántico de factorización de números Shor la utilizó. Esto sucedió en 2001. Sin embargo, estos cúbits son muy sensibles al ruido, por lo que esta técnica no es la apropiada para poner a punto procesadores cuánticos con muchos cúbits.
Los cúbits NMR son más sencillos que los superconductores o los de iones atrapados, por lo que ponerlos a punto es más barato
Otra ventaja de los cúbits NMR consiste en que son mucho más sencillos que los cúbits superconductores o los de iones atrapados, por lo que ponerlos a punto es más barato. SpinQ asegura en su página web que sus ordenadores cuánticos Gemini y Gemini-Mini, ambos de dos cúbits, y Triangulum que, como hemos visto, tiene tres cúbits, son equipos cuánticos de bajo coste. Tiene sentido que sean mucho más baratos que los ordenadores cuánticos con cúbits superconductores de IBM o Google, y también que los ordenadores con trampas de iones de Honeywell o IonQ. Aun así, son mucho más caros que nuestros PC. De hecho, Triangulum, el más avanzado de estos ordenadores cuánticos compactos, cuesta aproximadamente 56.000 euros.
Hay una pregunta en la que todavía no hemos indagado: ¿para qué sirven estos ordenadores cuánticos "económicos" y compactos? SpinQ propone utilizarlos para formar a estudiantes interesados en la computación cuántica, y también para abordar algunos problemas científicos sencillos. Dos y tres cúbits no dan para mucho, por lo que es evidente que este hardware cuántico tiene un ámbito de aplicación muy limitado.
En el terreno de la investigación son mucho más interesantes los ordenadores con cúbits superconductores de IBM, Intel o Google, que tienen varias decenas de cúbits (cientos incluso si nos ceñimos a IBM), pero, aun así, en el ámbito de la docencia los equipos de SpinQ tienen sentido. De hecho, algunos de sus clientes son universidades diseminadas por todo el planeta.
Más información: SpinQ
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