Sergio Boixo

Artículo

Óscar Granados

El lunes 24 de octubre de 1927, bajo el cielo plomizo de Bruselas, tuvo lugar la que quizá ha sido la mayor concentración de genios de la historia. De los 29 científicos reunidos en el Instituto Internacional de Física de Solvay, 17 ya habían recibido o acabarían recibiendo el Premio Nobel. Allí estaban Albert Einstein, Niels Bohr, Marie Curie (la única mujer), Werner Heisenberg, Max Planck, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli y Paul Dirac, entre otros. Aunque oficialmente se citaron para hablar de electrones y fotones, en realidad el motivo central fue mucho más profundo: discurrir sobre la mecánica cuántica. Todos se cuestionaban si la naturaleza operaba como una especie de azar (como tirar una moneda al aire) o si estaba predestinada por leyes fijas (como el avance de las manecillas de un reloj). La conferencia duró cinco días y quedó en evidencia una nueva visión revolucionaria del mundo. Las partículas, aquellas que componen los átomos, tienen una dualidad: dependiendo de cómo se interactúe con ellas, se comportan como diminutas bolitas (con una posición definida, como hasta entonces se creía); o como ondas, que se extienden y que no están confinadas a un solo punto. 

Esa naturaleza ondulatoria, difusa y probabilística introdujo el azar cuántico que incomodó a Einstein y que le inspiró a decir: «Dios no juega a los dados». Y ese principio de dualidad es el corazón de la mecánica cuántica. Tras décadas en las que esta disciplina se ha movido, esencialmente, en el ámbito teórico, hoy la computación cuántica nos acerca a una visión más pragmática, a la posibilidad de explorar directamente el funcionamiento de la naturaleza. «Desde hace más de un siglo sabemos que el universo, en su base, se rige por leyes cuánticas. Si queremos simular con precisión cómo se comporta, necesitamos herramientas que hablen su mismo lenguaje», dice Sergio Boixo (León, 1973), director científico de Computación Cuántica en Google. Ya existen chips experimentales con esta tecnología y el ordenador cuántico llegará en nada. «Somos optimistas y creemos que en aproximadamente cinco años podremos tener las primeras aplicaciones industriales [de los ordenadores cuánticos]», sostiene Boixo, en una entrevista con Ethic en las oficinas de Google en Madrid. 

«Un ordenador cuántico puede convertirse en un instrumento de observación, como en su momento lo fueron el microscopio o el telescopio»

Filósofo, matemático y físico, Boixo se convirtió en 2013 en el segundo integrante del equipo de computación cuántica de Google, apenas un año después de que se fundara oficialmente el laboratorio Google AI Quantum. La iniciativa había comenzado a gestarse en 2006, cuando el científico Hartmut Neven, precursor del proyecto, empezó a explorar cómo la computación cuántica podría acelerar el aprendizaje automático. Boixo se sumó al grupo con el objetivo de desarrollar la arquitectura teórica de los procesadores cuánticos. Seis años después, en 2019, Google hizo historia: el procesador Sycamore, diseñado por el equipo al mando del leonés, resolvió en apenas 200 segundos un cálculo que al superordenador más potente del mundo le habría llevado unos 10.000 años (a este hito se le conoce como supremacía cuántica).

Sergio Boixo –que este año ha recibido la medalla y título de Académico Correspondiente de la Real Academia de Ingeniería– dice que estudió filosofía para entender el mundo actual. Algo que ha aplicado a su trabajo. «Siglos antes de que existiera la mecánica cuántica, pensadores como Kant o Hume ya planteaban la necesidad de no imponer a la naturaleza nuestras ideas intuitivas, sino abrir un diálogo con ella a través del experimento y dejar que sea la propia naturaleza la que nos revele sus reglas», resalta. Esa flexibilidad filosófica anticipa, en cierta forma, el lenguaje de la mecánica cuántica. «Aunque sus leyes nos resulten contraintuitivas, hay que aprender a aceptarlas, pues así funciona realmente la naturaleza», comenta. 

«Un ordenador cuántico puede convertirse en un instrumento de observación, como en su momento lo fueron el microscopio o el telescopio», detalla Boixo. Esta nueva herramienta promete una revolución similar: permitirnos ver y comprender fenómenos que ya están ahí, pero que hoy en día permanecen fuera de nuestro alcance. «La computación cuántica parte de una idea fundamental: hay problemas que, con ordenadores clásicos, son prácticamente imposibles de resolver, mientras que con un ordenador cuántico sí podrían abordarse», abunda. «En muchos aspectos, aún estamos a ciegas», reconoce el experto. Hay simulaciones que no podemos hacer, ecuaciones que no podemos resolver, e incluso leyes físicas que no hemos podido descubrir. «Simplemente, no tenemos aún la capacidad computacional para explorarlas», explica.

«Los algoritmos actuales solo aprenden a partir de los datos que les das, y no pueden inventar soluciones que no estén ya en esos datos»

Pero todo está por cambiar. A diferencia de los ordenadores tradicionales, que usan procesadores centrales o gráficos con bits que solo pueden ser ceros o unos –como un interruptor que solo puede estar apagado o encendido–, los cuánticos usan qubits, que no solo pueden ser cero y uno, sino que, gracias a la superposición, pueden ser ambas cosas a la vez. Visto desde una perspectiva clásica (o desde la física newtoniana), una moneda no puede ser cara y cruz a la vez. «Un qubit puede estar en múltiples estados», explica Boixo, «tiene la capacidad de explorar todos los caminos a la vez».

Para construir esta tecnología, Google desarrolla átomos artificiales, donde el electrón puede estar en superposición. Un proceso que requiere enfriar chips a temperaturas extremadamente bajas (cerca del cero absoluto), y cualquier interacción con el entorno (como el calor) puede hacerlos colapsar. En términos de tamaño, el ordenador cuántico de Google, Willow, cabe en la palma de una mano. Lo envuelve una estructura cilíndrica, rodeada de cables y de un metálico brillante, llamada criostato, que sostiene el chip y lo mantiene frío.

Pero su principal barrera no es mantener esas condiciones, sino la corrección de errores a escala. Boixo explica que ejecutar un programa cuántico significa poner en marcha un circuito que, hasta cierto punto, se parece a los tradicionales, pues ambos están formados por puertas lógicas que transforman la información. El tamaño y complejidad de un cálculo cuántico, continúa el experto, se puede medir en parte por el número de puertas que utiliza. Hoy ya es posible ejecutar circuitos con decenas de miles de puertas. Pero para simular moléculas complejas, diseñar nuevos materiales o resolver problemas de optimización a gran escala, se requieren circuitos con miles de millones de puertas. 

«Gracias a la tecnología, la tendencia de la humanidad es positiva. Eso es lo que también espero del futuro»

Y es allí donde aparece el obstáculo: cada una de estas puertas tiene una pequeña probabilidad de fallo, y sin una corrección muy eficiente, estos algoritmos no podrían ejecutarse con éxito. «Conseguir que esa posibilidad de error pase de una entre mil a una entre mil millones, o incluso menos, es el gran reto. Si superamos esa barrera, podremos construir los circuitos cuánticos complejos que sabemos con certeza tienen aplicaciones industriales revolucionarias», resalta Boixo. Por ejemplo, «seremos capaces de diseñar baterías mucho más eficientes o mejorar procesos críticos como la fijación de nitrógeno para crear fertilizantes», añade el experto de la tecnológica estadounidense.

Converger con la IA

Cuando la computación cuántica y la inteligencia artificial converjan, se podrán crear mundos nuevos. «Los ordenadores clásicos no pueden simular muchos procesos naturales, especialmente en física y química. Los cuánticos sí pueden hacerlo», indica el experto de la multinacional. «Los datos que obtengamos [de la simulación] los utilizaremos para entrenar algoritmos de inteligencia artificial», agrega. Por ejemplo, si se quiere diseñar una batería más eficiente para un coche eléctrico, ahora mismo no es posible hacerlo desde cero. ¿Por qué? «Porque los algoritmos actuales solo aprenden a partir de los datos que les das, y no pueden inventar soluciones que no estén ya en esos datos», añade. En el futuro (casi) todo será posible.

Una tecnología para cambiar (o no) el rumbo

El mundo se ha sumergido en una nueva carrera por el ordenador cuántico. Gigantes como IBM o Microsoft también están gestando sus propios ordenadores. China también compite por desarrollar una tecnología que, según Bloomberg, podría ser de utilidad para ejércitos y agencias de inteligencia. 

Sin embargo, Boixo –lector desde los 12 años de los libros de Isaac Asimov, y un optimista prudente– ve el devenir con ojos más utópicos que distópicos. «La historia de la humanidad, en líneas generales, es una historia de progreso: ha aumentado la esperanza de vida, ahora se vive mejor, y hemos tenido avances en educación….», afirma. «Gracias a la tecnología, la tendencia de la humanidad es positiva. Eso es lo que también espero del futuro», recalca. «Obviamente, ha habido guerras, como las del siglo XX, pero también grandes revoluciones tecnológicas. Afortunadamente, no hemos vivido un conflicto mundial en lo que va de este siglo, y creo que el rumbo de la humanidad sigue siendo hacia el progreso. Yo confío en que eso continuará», concluye.