Desde 2001 Juan Ignacio Cirac es director de la División de Física Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuánticacon sede en Garching (Alemania) y buque insignia de la investigación de este país. Desde allí ha contribuido a sentar las bases de una nueva generación de ordenadores basados en las extrañas propiedades de las partículas subatómicas. y con una potencia miles de veces mayor que la de los más modernos supercomputadoras actuales.
Cirac, conocido como el Messi del física cuánticasiendo un referente mundial en su campo –el de lo infinitamente pequeño– no sólo se mueve en el ámbito internacional; También ha puesto sus amplios conocimientos al servicio de una empresa de aquí. De hecho, desde 2016 es consejero independiente de Telefónica, cargo que ya ha permitido al operador español ser pionero en el campo de la criptografía cuántica.
Para muchos, Juan Ignacio Cirac es el español que más cerca está de conseguir un Premio Nobel. Considerado uno de los padres de la computación cuántica, este físico de 53 años, originario de Manresa (Barcelona), ya cuenta, entre otros premios, con el Príncipe de Asturias de Investigaciones Científicas y Técnicasque le fue concedido en 2006, y con el prestigioso Lobo en Física, considerado la antesala del Premio Nobel y que le fue concedido en 2013. En esta entrevista con MUY, Juan Ignacio Cirac repasa los últimos avances en el campo de la criptografía cuántica, su especialidad, y revela cuáles serán los próximos pasos en una revolución tecnológica que está destinada, una vez más, a cambiar nuestro futuro para siempre.
Lo que puedo decir es cómo serán las comunicaciones secretas del futuro. Los normales pasarán por fibra óptica, que es la forma más eficiente que tenemos para comunicarnos a largas distancias. Todos los sistemas inalámbricos, redes Wi-Fi y comunicaciones que utilicen radiofrecuencias también mejorarán, porque cada vez se utilizarán frecuencias más altas. Pero las comunicaciones secretas, la criptografía, van a cambiar mucho. Y en el futuro serán totalmente inviolables.
Las comunicaciones secretas serán diferentes porque tendrán que basarse en métodos diferentes a los que utilizamos hoy. Lo que está claro es que, muy pronto, un ordenador cuántico podrá descifrar la criptografía basada en los algoritmos actuales con gran facilidad, por lo que estos dejarán de ser seguros. Por tanto, será necesario cambiarlos o utilizar otro método de comunicación completamente diferente al actual.
Básicamente, tenemos dos opciones: una es sustituir los algoritmos que se utilizan ahora por otros más complicados y resistentes, en principio, incluso frente a un ordenador cuántico; La otra es la criptografía cuántica, que de momento sabemos utilizar a través de fibra, satélites, pero aún no sabemos utilizarla a través de sistemas inalámbricos.
Sí. El inconveniente de los algoritmos es que es imposible demostrar que son completamente seguros frente a las computadoras cuánticas. Uno puede estar más o menos convencido de que lo son, pero ésta es una opción que puede no ser del todo satisfactoria. Sin embargo, la criptografía cuántica es completamente satisfactoria y se puede demostrar su seguridad frente a los ordenadores cuánticos. El problema es que es muy difícil de implementar.
Porque, por el momento, la criptografía cuántica sólo funciona a distancias relativamente cortas, del orden de 50 o 60 kilómetros, y únicamente a través de fibra. Se trata de enviar fotones –partículas de luz– a través de los cables de fibra, y el problema es que son absorbidos por el propio cable si recorren distancias muy largas. Por lo tanto, actualmente estamos limitados en las distancias a las que podemos desplegar estas redes. Además, por ahora sólo sabemos cómo aplicar la criptografía cuántica mediante fibras ópticas, pero no otros métodos utilizados en la comunicación, como las redes inalámbricas.
La criptografía cuántica es una forma de cifrar mensajes que utiliza partículas cuánticas, fotones. Y se hace de tal manera que si alguien no autorizado intenta leer el mensaje, éste se destruye antes de que alguien pueda acceder a él. Además, quienes se están comunicando detectan que hay alguien intentando leerlo. Se utilizan propiedades de la física cuántica que tienen estas consecuencias.
Como cualquier otra computadora, el objetivo de una computadora cuántica es realizar cálculos. Una computadora convencional convierte información en ceros y unos, la procesa y la devuelve en forma de números, texto o cualquier otra cosa que le hayamos pedido que haga; Para realizar este trabajo se siguen ciertas reglas.
El ordenador cuántico hace lo mismo, pero siguiendo las reglas de la física cuántica, que posibilitan una potencia infinitamente mayor. De hecho, sólo uno de ellos equivale a una cantidad gigantesca de ordenadores convencionales.
Por ejemplo, la indeterminación. En el mundo subatómico, una partícula puede estar en varios lugares a la vez. O, mejor dicho, existe como posibilidad en varios lugares al mismo tiempo, como una nube difusa cuya posición sólo se especifica en un punto en el momento en que la observamos. Cuando dejamos de mirar, vuelve a su estado indeterminado. Esta propiedad se puede utilizar para resolver problemas mucho más rápido que cualquier computadora actual.
En primer lugar, muchas de las operaciones que se realizan hoy en día se pueden realizar más rápido, y esto tiene aplicaciones en diversos campos, especialmente en todos aquellos en los que es necesario realizar cálculos muy grandes. Hay algunas que ni siquiera las supercomputadoras pueden hacer, pero las computadoras cuánticas tendrán esa capacidad. Me refiero a cálculos sobre el diseño de materiales o compuestos químicos; resolviendo ecuaciones complejas…
Por otro lado, están las aplicaciones más cercanas, las industriales, que son las que tienen que ver con la optimización de todo tipo de procesos. Los problemas que encontramos en la vida diaria están relacionados con la optimización, particularmente todo lo que tiene que ver con la IA, el aprendizaje automático o el procesamiento de datos.
Todo lo que necesita ser procesado y se basa en una gran cantidad de datos, algo necesario para poder tomar decisiones óptimas, requiere de un procesamiento de dichos datos, y resulta que muchas veces no se puede hacer porque los ordenadores actuales no son lo suficientemente potentes. . Pero muchas de las optimizaciones de las que hablamos pueden llevarse a cabo mediante ordenadores cuánticos.
Los potentes ordenadores cuánticos tardarán mucho en convertirse en realidad. Las empresas mencionadas, entre otras, dicen que llegarán dentro de cinco o diez años. Y creo que sí, que llevará al menos ese tiempo, y tal vez un poco más. Lo que pasa es que empiezan a haber pequeños prototipos, sacados a la luz por estas empresas y algunas universidades, y es posible que también puedan ser útiles para determinadas tareas.
Los primeros prototipos que ya existen –IBM ha lanzado uno, y hay otros de Intel y otras empresas– son de uso muy restringido. Tanto es así que todavía no sabemos muy bien dónde pueden resultar útiles, porque son muy pequeños. Hoy en día, un campo de trabajo, investigación y desarrollo, es precisamente ver cómo estos prototipos podrían usarse para algo que no es posible hacer con los ordenadores habituales. Esto es a corto plazo, para los próximos años.
Ahora bien, si vamos a largo plazo, tendremos que desarrollar ordenadores que no sean prototipos, que sean reales y que tengan toda la potencia que promete la computación cuántica. Ya sabemos cómo hacerlos, y también para qué sirven, pero hay que construirlos, y eso es muy complicado.
Conocemos algunas de las aplicaciones, pero las más importantes aún están por definirse. En realidad, todavía no sabemos qué podremos hacer exactamente con los futuros ordenadores cuánticos. Por lo que sabemos hoy, estas aplicaciones futuras estarán relacionadas con el diseño de compuestos químicos, lo que tendrá un impacto en la industria farmacéutica.
Otro campo será el que os comentaba antes sobre optimización. Por ejemplo, si uno quiere reconocer imágenes, tiene que hacer algunos cálculos; y ese tipo de cálculos son los que probablemente podremos realizar mejor con un ordenador cuántico que con los actuales. De hecho, uno de los principales motivos de Google para invertir en ordenadores de este tipo es precisamente ese: poder utilizarlos con su inteligencia artificial. También podrás resolver problemas de física de materiales, conocer las propiedades de los materiales a muy bajas temperaturas, realizar estudios climáticos, etc.
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