Google ha demostrado por primera vez que un ordenador cuántico es capaz de realizar una tarea imposible para cualquier superordenador convencional, ni siquiera el más potente, en ningún período de tiempo práctico. Se trata de uno de los hitos más importantes del mundo de la informática y se conoce como "supremacía cuántica" (ver ¿Qué es un ordenador cuántico? Definición y conceptos clave).

Este término, que suena inquietante, fue acuñado por el físico teórico John Preskill en 2012, y evoca una imagen de las máquinas de Darth Vader que dominan a otros ordenadores. La noticia de Google ya ha producido algunos titulares disparatados, como el de Infowars: La supremacía cuántica de Google descifrará todas las criptografías y los secretos militares. Algunos políticos también han entrado en una especie de histeria: el candidato a la presidencia de EE. UU. Andrew Yang ha tuiteado que "la computación cuántica que logró Google es un tema de gran importancia. Significa, entre muchas otras cosas, que ningún código es indescifrable".

Todas esas afirmaciones son un disparate. El logro de Google no significa eso para nada. Es cierto que se trata de un avance muy importante, pero los ordenadores cuánticos no se han convertido de repente en colosos informáticos capaces de dejar obsoletas a las máquinas convencionales. Tampoco van a destruir la criptografía convencional en un futuro cercano. Aunque a largo plazo sí podrían representar una amenaza para la cual debemos empezar a prepararnos (ver Empezar a protegerse contra la computación cuántica o esperar a la catástrofe).

Para calmar un poco la histeria y la exageración que envuelve a la supremacía cuántica, hemos escrito una guía de lo que Google parece haber logrado y lo que no.

¿Qué sabemos sobre el experimento de Google?

Todavía no hemos recibido una confirmación de Google sobre lo que ha conseguido. La información sobre el experimento proviene de un trabajo titulado Supremacía cuántica mediante un procesador superconductor programable, que estuvo publicado brevemente en la página web de la NASA antes de ser retirado. Fue Financial Times quien informó de este estudio y puede encontrar una copia del mismo aquí.

El experimento es bastante misterioso, pero requirió una gran cantidad de esfuerzo computacional. El equipo de Google utilizó un procesador cuántico llamado Sycamore para demostrar que las cifras producidas por un generador de números aleatorios eran realmente aleatorias. Luego calcularon cuánto tiempo necesitaría Summit, el superordenador más potente del mundo, para realizar la misma tarea. La diferencia fue sorprendente: mientras que la máquina cuántica tardó 200 segundos, los investigadores estimaron que el ordenador convencional necesitaría 10.000 años.

Cuando este trabajo se publique de forma oficial, otros investigadores podrán opinar sobre su metodología. Pero, de momento, parece que Google sí ha logrado un hito computacional al demostrar que una máquina cuántica puede superar a los superordenadores más potentes de hoy. "Ahora hay menos dudas de que los ordenadores cuánticos pueden ser el futuro de la computación de alto rendimiento", afirma el CEO de la start-up de hardware cuántico EeroQ, Nick Farina.

¿Por qué los ordenadores cuánticos son mucho más rápidos que los convencionales?

En un ordenador convencional, los bits que transportan la información representan ceros o unos. Por su parte, los bits cuánticos, o cúbits, que tienen la forma de partículas subatómicas como fotones y los electrones, pueden estar en ambos estados a la vez, un fenómeno conocido como "superposición". A diferencia de los bits, los cúbits también pueden influirse mutuamente a través de otro fenómeno conocido como "entrelazamiento", que desconcertó incluso a Einstein, quien lo describió como una "espeluznante acción a distancia".

Debido a estas propiedades, que explicamos en detalle nuestro diccionario de computación cuántica, agregar solo unos pocos cúbits adicionales a un sistema aumenta su poder de procesamiento de forma exponencial. Las máquinas cuánticas pueden procesar grandes cantidades de datos en paralelo, lo que es crucial para superar a los superordenadores, que solo pueden procesar datos secuencialmente.

Esa es la teoría. En la práctica, los investigadores llevan años intentando demostrar que un ordenador cuántico es capaz de hacer algo que uno convencional más potente no puede. El experimento de Google ha sido liderado por el investigador John Martinis, quien ha realizado un trabajo pionero en el uso de circuitos superconductores para generar cúbits.

¿Este avance significa que las máquinas cuánticas ya superan a otros ordenadores?

No. Google eligió una tarea muy concreta. Los ordenadores cuánticos aún tienen un largo camino por recorrer antes de superar los ordenadores convencionales en la mayoría de tareas. De hecho, puede que nunca lo consigan. Pero los investigadores con los que he hablado desde que apareció el artículo aseguran que el experimento de Google sigue siendo importante porque desde hace mucho tiempo había dudas de que las máquinas cuánticas realmente pudieran llegar a hacer algo mejor que los ordenadores convencionales.

Hasta ahora, los grupos de investigación han podido reproducir en sistemas convencionales cualquier trabajo de máquinas cuánticas con alrededor de 40 cúbits. El procesador Sycamore de Google, que usó 53 cúbits para el experimento, sugiere que estas simulaciones han alcanzado su límite. El investigador cuántico de la Universidad de Oxford (Reino Unido) Simon Benjamin aclara: "Estamos entrando en una era en la que para analizar qué puede hacer un ordenador cuántico hará falta un ordenador cuántico real... Los resultados ya no se podrán reproducir de manera creíble en un simulador convencional".

¿Tiene razón Andrew Yang cuando dice que nuestras defensas criptográficas ya pueden ser destruidas?

De nuevo, no. Se trata de una enorme exageración. El trabajo de Google deja en claro que, si bien su equipo ha sido capaz de demostrar la supremacía cuántica en una tarea concreta, todavía estamos muy lejos de desarrollar un ordenador cuántico capaz de implementar el algoritmo de Shor. Esta fórmula desarrollada en la década de 1990 ayuda a las máquinas cuánticas a factorizar números de gran tamaño. Los actuales métodos de encriptación más populares solo pueden descifrarse factorizando tales números, una tarea que a las máquinas convencionales les llevaría muchos miles de años.

Pero esta brecha cuántica no debería ser motivo de calma. Los registros financieros y de salud que seguirán vigentes durante décadas podrían volverse vulnerables a cualquier hacker que disponga de una máquina capaz de ejecutar un algoritmo de descifrado de códigos como el de Shor. Los investigadores ya están trabajando en nuevos métodos de encriptación para resistir tales ataques (también tenemos un diccionario sobre criptografía postcuántica para más detalles).

¿Por qué los ordenadores cuánticos no son tan supremos como sugiere el término "supremacía cuántica"?

La razón principal es que todavía cometen muchos más errores que los convencionales. El delicado estado cuántico de los cúbits solo dura unas fracciones de segundo y puede ser fácilmente interrumpido por la más mínima vibración o pequeño cambio de temperatura, un fenómeno conocido como "ruido" en la terminología cuántica. Esto hace que se produzcan errores en los cálculos. Los cúbits también tienen una tendencia similar a Tinder de querer emparejarse con muchos otros. Esa "diafonía" entre ellos también puede producir errores.

El trabajo de Google sugiere que se ha encontrado una nueva forma de reducir la diafonía. Su estrategia podría ayudar a allanar el camino para crear ordenadores más fiables. Pero los ordenadores cuánticos actuales todavía se parecen a los primeros superordenadores en la cantidad de hardware y complejidad necesaria para que funcionen, y solo pueden abordar tareas muy esotéricas. Aún no estamos en una etapa equivalente a la de ENIAC, el primer ordenador de propósito general de IBM, lanzado en 1945.

Entonces, ¿cuál es el próximo hito cuántico?

Superar a los ordenadores convencionales a la hora de resolver un problema del mundo real, una hazaña que algunos investigadores llaman "ventaja cuántica". Se espera que la inmensa potencia de procesamiento de los ordenadores cuánticos ayude a descubrir nuevos productos farmacéuticos y materiales, que mejore las aplicaciones de inteligencia artificial y logre avances en otros campos, como los servicios financieros, donde podrían aplicarse a la gestión de riesgos, por ejemplo.

Si los investigadores no consiguen demostrar pronto la ventaja cuántica en al menos uno de estos tipos de aplicaciones, la burbuja de las expectativas infladas en torno a la computación cuántica podría explotar rápidamente.

Cuando le pregunté a Martinis sobre esto en una entrevista para un artículo del año pasado, él se mostró claramente consciente del riesgo. El experto me dijo: "En cuanto alcancemos la supremacía cuántica querremos demostrar que una máquina cuántica es capaz de hacer algo realmente útil". Ahora es el momento de que su equipo y otros investigadores den el paso hacia esos retos apremiantes.