La magia detrás de la primera computadora cuántica en Colombia

Valérie Gauthier, profesora del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación de la Universidad de los Andes, recuerda la primera vez en que estuvo frente a un computador con internet. Estaba todavía en el colegio con dos compañeros y la maestra les dijo que buscaran algo en la web, pero a ninguno se le ocurría nada. Al final, uno de los estudiantes propuso averiguar información sobre helicópteros.

Hoy, varios años después, ella es una de las docentes que trabaja con la primera computadora cuántica de Colombia, junto a profesores de otras ramas, como la física. Y, a diferencia de aquella vez en la que conoció el internet, ya está lista para usarla. Lleva años preparándose, pues tiene un océano de posibilidades para explorar. 

¿Qué es una computadora cuántica?

La diferencia entre una computadora cuántica y una convencional está en la lógica que utiliza cada uno. Los ordenadores que se usan de manera cotidiana funcionan con bits que se traducen en unos y ceros. Un ejemplo común para entender esto es que, cuando se enciende el equipo, una luz es uno y pasa voltaje, mientras que cuando se oprime el botón para apagar es cero, y se corta el paso de corriente.

“Con esos unos y ceros se construye toda un álgebra que se llama booleana en honor a George Bool y con su lógica de 'si esto pasa, entonces haga tal cosa, si no, entonces haga esto otro', llegamos a generar esos algoritmos”, explica la profesora Gauthier.

En la computadora cuántica, no hay unos y ceros. “Es como en las calles de Bogotá que son así, cuadriculadas, pero si tú vas por el parque en diagonal, entonces tú estás tanto en la carrera como en la calle, porque no estás parado en la calle y no estás parado en la carrera. Es decir, no eres uno y no eres un cero: tienes de ambos. Así trabajan estas computadoras”, explica la maestra.

La computación cuántica, además, no funciona con bits sino con cúbits​ o bits cuánticos, que no se definen ni como uno ni como cero. La profesora traduce: “Si antes yo sumaba el cero más uno, eso me da uno, pero ahora si yo sumo dos cúbits, pues como son tanto cero como uno, yo estoy haciendo (0 + 0), (0 + 1), (1+0) y (1 + 1) al tiempo, como en paralelo”.

¿Por qué son importantes las computadoras cuánticas?

Esta rama de la computación se está estudiando en las aulas del país desde hace varios años. Nada más en la Universidad de los Andes hay profesores de física e ingeniería trabajando en este tema, de modo que ahora podrán llevar sus experimentos a un computador que utiliza esta lógica computacional.

Para crear los bits cuánticos hay varias opciones. Por ejemplo, en los Andes, hay una profesora que los hace con base en la fotónica. Sin embargo, para eso están los computadores, los cuales hasta hace unos años no eran fáciles de adquirir ya que necesitan trabajar a temperaturas bajas y no se comercializaban. Actualmente, IBM ha estado desarrollando unas de las más potentes computadoras cuánticas del mundo e incluso el próximo año pondrá a la venta algunas de ellas. 

La profesora Gauthier señala que, con las computadoras cuánticas, por medio de algoritmos como el de Grover, se pueden hacer las cosas de manera más rápida. Explica, además, que este último equipo tiene aplicaciones en la ciencia de datos. Según la docente, con estos computadores se “pueden resolver problemas que no eran posible solucionar en computadores normales, como por ejemplo la factorización. Y resolver problemas que no se resolvían antes me parece lo más mágico de la computación cuántica”.

Estas máquinas también permiten hacer factorizaciones con el algoritmo de Shor, algo que en la actualidad no lo hacen ni los ordenadores tradicionales más desarrollados y grandes. Gauthier añade que esto, por ejemplo, “pone en jaque la criptografía a clave pública, que es una de las bases de nuestra ciberseguridad”.

Así mismo, los números aleatorios también se están trabajando con computadoras cuánticas, lo que traería beneficios para la seguridad cibernética. Por ello, la profesora Gauthier advierte: “la computación cuántica representa un riesgo: el de que tenemos que ponernos las pilas. Pero también nos representa una oportunidad muy interesante: la de poder pensar las cosas distinto”.

¿Todos tendremos una computadora cuántica en casa?

Cuando empezaron a salir, las primeras computadoras eran tan grandes y difíciles de manejar que parecía imposible que se convirtieran en un electrodoméstico cotidiano. Hoy no sólo son pequeñas y compactas, sino que prácticamente todos tienen una en su bolsillo: la que está dentro de los teléfonos inteligentes.

Así, el futuro y su evolución son inciertos y Gauthier no se atreve a predecir si, en unos años o décadas, todas las personas manejarán computadoras cuánticas en la vida diaria. Pero señala que las grandes entidades estatales, las universidades y los investigadores seguramente sí las tendrán.

De hecho, IBM ya abrió dos centros de datos cuánticos en el mundo. Uno en Estados Unidos y otro en Alemania, a los que las personas se pueden conectar desde cualquier parte del mundo para realizar investigaciones.

Además, el gigante de la computación anunció que para 2029 espera presentar Starling, su primer hardware cuántico dotado de la capacidad de corregir sus propios errores. Actualmente, las computadoras de este tipo sólo logran mitigarlos.

Para dar este paso en 2029, IBM hizo una alianza con el Instituto Nacional de Japón de Tecnología y Ciencia Industrial Avanzadas (AIST). En conjunto, ambos esperan presentar ese año una computadora cuántica con 10.000 cúbits. La adquirida por la Universidad de los Andes tiene dos cúbits y puede simular un tercero.

Mientras la tecnología avanza, ha aumentado el interés de los estudiantes en las materias relacionadas con la computación cuántica con la llegada de este ordenador a Colombia. “Antes no se llenaba el curso y ahora, con el arribo de ese equipo, todos preguntan cuándo empieza el curso y qué hay que hacer”, concluye la profesora Gauthier.