L'era de la computació quàntica

Els ordinadors quàntics prometen portar la computació fins a límits que actualment són inimaginables, ja que basen el seu funcionament en la física de partícules. De moment no són més que això, una promesa el desplegament de la qual durarà dècades, però ja avui en dia podem anticipar, per mitjà d'experiències i proves, la transformació que comportarà aquesta nova generació de màquines.

Tot i que encara és aviat per predir-ne tot el seu impacte, l'arribada de la computació quàntica implicarà importants guanys en productivitat, que el Boston Consulting Group valora en 450.000 milions de dòlars anuals. Els pioners en la seva utilització seran aquells sectors l'activitat dels quls reposa sobre unes necessitats de simulació i optimització de sistemes altament complexes, com poden ser, entre altres, el disseny de materials o la creació de nous fàrmacs. A mig termini, la consultora preveu la generació d'un valor per als usuaris finals en quantitats encara modestes, entre els 2.000 milions de dòlars i els 5.000 el 2024.

A la computació quàntica ja no parlem de bits com en la informàtica tradicional, sinó de qubits. Es tracta d'ordinadors el funcionament dels quals no reposa sobre transistors, sinó sobre partícules subatòmiques, que poden adquirir els valors 1 i 0. Fins aquí sembla que es comporten com els bits, però, hi ha dues propietats de la mecànica quàntica que els fan diferents: la superposició i l'entrellaçament. D'una banda, la superposició implica que els qubits poden adoptar el valor 1 o el valor 0, però també simultàniament propietats de tots dos. Això amplia de manera exponencial la capacitat computacional, ja que un ordinador amb diversos qubits en superposició pot acarar simultàniament un elevat nombre de resultats possibles, i, només quan l'estat quàntic dels qubits col·lapsa a 1 o 0, és el moment en què apareix el resultat final.

L'altra propietat és la possibilitat d'entrellaçar parells de qubits, de manera que tots dos existeixin en un mateix estat quàntic. Això implica que, si s'altera l'estat d'un d'ells, el de l'altre canvia instantàniament de manera predictible. L'entrellaçament funciona fins i tot si estan separats per grans distàncies. Mentre que en la informàtica convencional en doblar el nombre de bits es dobla la capacitat de processament d'informació, a l'ordinador quàntic l'entrellaçament permet que, en afegir nous qubits, la potència computacional es dispari exponencialment.

El desenvolupament d'ordinadors quàntics és força complex. Fer servir i manipular partícules subatòmiques és un repte científic de primer ordre. En alguns casos es requereix crear circuits superconductors i refredar-los a temperatures menors que les que hi ha a l'espai exterior; altres vegades s'intenta atrapar àtoms individuals en camps electromagnètics dins de cambres de buit. L'objectiu en tots dos casos és aconseguir aïllar els qubits en un espai quàntic controlat.

Tot i que la informàtica quàntica encara està donant els seus primers passos de forma experimental, a principis de 2019 IBM va presentar en el marc de CES 2019, la fira de tecnologia de Las Vegas, la primera versió comercial del seu ordinador quàntic. Batejat com Q System One, arriba fins als 20 qubits -30 menys que el prototip que la companyia va presentar en 2017-, i està destinat a donar suport a activitats científiques i de negocis. El sistema té la forma d'un gran cub de vidre de gairebé tres metres on s'accedeix a través d'una porta. L'estructura està dissenyada per mantenir el xip quàntic a una temperatura de 10 milikelvin o una fracció per sobre del zero.

D'altra banda, la Unió Europea ha materialitzat el seu suport a el desenvolupament de la tecnologia quàntica a través del programa Flagship, dotat de 1.000 milions d'euros per finançar iniciatives en aquest camp. Precisament, un dels primers projectes seleccionats ha estat el au va presentar el grup Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) de la Universitat del País Basc, per construir un ordinador quàntic europeu de lliure accés per a investigadors i científics. L'OpenSuperQ estarà basat en circuits superconductors i albergarà entre 50 i 100 qubits, molt per sobre dels 20 que té la versió comercial d'IBM. Si tot va bé, el primer ordinador quàntic d'Europa tindrà origen basc.