Actualmente, los dos ejemplos más populares que tenemos de un ordenador cuántico son el sistema de 65 qubit de IBM y el sistema Bristlecone de 72 qubit de Google.

Estos sistemas usan demasiada energía para ser útiles, son increíblemente propensos a cometer errores y lo único que realmente podemos esperar que hagan son experimentos diseñados para demostrar eventuales utilidades futuras. Google ha dicho que está a punto de concebir un ordenador cuántico que supere esos escollos.

Ciencia ficción (de momento)

Google I/O (o simplemente I/O) es una conferencia anual de desarrolladores realizada por Google en Mountain View, California. En el marco de la última, celebrada hace pocos días, Google anunció que tiene la intención de construir un nuevo centro de inteligencia artificial cuántica en Santa Bárbara, donde la compañía dice que producirá un ordenador cuántico con fines prácticos para 2029. ¿Está siendo demasiado optimista?

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Éste es el primer ordenador cuántico que supera a uno convencional

Se sabe que Google es un poco hiperbólico cuando se trata de computación cuántica. En 2019, Google y la NASA afirmaron que habían logrado la 'supremacía cuántica' al desarrollar un sistema de computación cuántica que podría resolver un problema en cuestión de minutos que a una computadora clásica le llevaría '10,000 años'. Sin embargo, un superordenador podría resolver este problema en realidad en 48 horas.

Según una publicación del blog de Google:

Para alcanzar este objetivo, estamos en un viaje para construir 1,000,000 de qubits físicos que funcionen en concierto dentro de una computadora cuántica con corrección de errores del tamaño de una habitación. Eso es un gran salto con respecto a los sistemas de tamaño modesto de menos de 100 qubits de hoy.

Tal vez estamos ante otro anuncio hiperbólico o exagerado. Tal vez solo es ciencia ficción. Si somos rigurosos, es muy difícil saber si Google está a solo cinco años de conseguir tal hazaña, o tal vez aún le queden cincuenta años más. Habrá que estar atentos y controlar el entusiasmo.

Más de 700 fibras ópticas con dos enlaces tierra-satélite para distribuir claves cuánticas en 4.600 kilómetros constituyen la que es la primera red de comunicación cuántica del mundo.

Detrás del proyecto, según se publica en un estudio en Nature, está un equipo de científicos chinos liderado por Jianwei Pan, Yuao Chen, Chengzhi Peng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei (USTC).

Imposible de piratear

La comunicación cuántica se basa en el intercambio de claves cuánticas (QKD, del inglés "quantum key distribution", distribución cuántica de claves), que utiliza los estados cuánticos de las partículas para formar una cadena de ceros y unos, mientras que cualquier interferencia entre el emisor y el receptor cambiará esta cadena o clave y se notará de inmediato: por ello, a diferencia del cifrado convencional, la comunicación cuántica se considera imposible de piratear.

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China consolida su superioridad en comunicaciones cuánticas: acaba de llegar más lejos que nadie y su red cuántica es invulnerable

Concretamente, el fundamento de esta tecnología reside en el hecho de que cada par de fotones entrelazados codifica un bit de información de la clave. Su entrelazamiento garantiza que si uno de los fotones se ve alterado, por ejemplo, debido a que alguien ha conseguido observarlo, sus propiedades físicas cambian instantáneamente y el entrelazamiento se rompe, por lo que el mensaje cifrado no puede ser vulnerado.

Hasta ahora, la tecnología QKD más común utiliza fibras ópticas para transmisiones de varios cientos de kilómetros, con alta estabilidad pero considerable pérdida de canal, pero los investigadores han ido más lejos utilizando una nueva tecnología llamada QKD de campo doble (TF-QKD).

También tienen como objetivo desarrollar satélites QKD y receptores terrestres a pequeña escala y rentables, así como satélites de órbita terrestre media y alta para lograr QKD de nivel de diez mil kilómetros todo el tiempo. Por su parte, la Unión Europea también se ha puesto en marcha con una iniciativa llamada European Union Quantum Communication Initiative

Llega el último día del año, momento para recopilaciones y corolarios, pero también para proponer nuevos horizontes. En esta ocasión, antes de despedirnos y volver con más fuerza 2021, os queremos interpelar a vosotros.

Y preguntaros cuáles han sido, a vuestro juicio, no solos los más impresionantes hallazgos científicos del año, sino de toda la década.

Top5

Si tuviéramos que quedarnos con cinco hallazgos en los últimos cinco años, personalmente yo escogería los siguientes:

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Primera prueba realizada en EEUU para combatir el cáncer usando la herramienta de edición CRISPR

1. Bosón de Higgs. Cuatro años, miles de personas y la máquina más grande del mundo. En 2012, los físicos de partículas en el CERN anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs. La partícula ayuda a explicar por qué todas las demás partículas en el universo tienen masa, y su descubrimiento completó el modelo estándar de la física de partículas.
2. CRISPR. Todo el potencial de la ingeniería genética se desplegó ante nuestros ojos en 2012 con CRISPR, un sistema barato y fácil de editar ADN.
3. Ondas gravitacionales. En 1916, Albert Einstein predijo que el espacio-tiempo, el tejido del universo, estaba perturbado por ondas extrañas conocidas como ondas gravitacionales. Exactamente un siglo después, se constató que Einstein tenía razón.
4. Supremacía cuántica. Los esfuerzos para desarrollar ordenadores cuánticos aumentaron gradualmente en esta década, culminando con el anuncio de Google de la supremacía cuántica en 2019. La empresa desarrolló la primera computadora cuántica capaz de realizar un cálculo que ninguna supercomputadora clásica en la Tierra puede igualar.
5. Proxima Centauri b. Al iniciar la década, sabíamos de la existencia de unos 450 planetas más allá de nuestro sistema solar. Ahora, ese número ha aumentado a más de 4.000. Lo más significativo de todo fue el descubrimiento de Proxima Centauri b en 2016, el exoplaneta más cercano conocido, a una distancia de 4,2 años luz de la Tierra.

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¿Es Tatooine? No, es Próxima B

Y ¿los vuestros?

Investigadores de la Australian National University (ANU), dirigidos por el profesor asociado Matthew Sellars, ha demostrado que un cristal potenciado con erbio está especialmente adaptado para permitir una red global de telecomunicaciones que aproveche las propiedades extrañas de la mecánica cuántica.

Erbio

El trabajo, publicado en Nature Physics, demuestra cómo mejorar drásticamente el tiempo de almacenamiento de una memoria cuántica compatible con las telecomunicaciones.

Según explica Sellars, Program Manager en el Centro de Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) en ANU:

Hemos demostrado que un cristal dopado con erbio es el material perfecto para formar los bloques de construcción de un Internet cuántico que desbloqueará todo el potencial de los futuros ordenadores cuánticos. Tuvimos esta idea hace diez años, pero muchos de nuestros compañeros nos dijeron que una idea tan sencilla no podría funcionar, y al ver este resultado, es bueno saber que nuestro enfoque era el correcto.

Sellars también ha señalado que la nueva tecnología también puede ser operada como una fuente de luz cuántica o utilizada como un enlace óptico para dispositivos de computación cuántica de estado sólido.

El erbio, un raro ion en la Tierra, tiene propiedades cuánticas únicas. Los cristales o vidrios dopados con erbio pueden ser utilizados en amplificación óptica, en la que los iones de erbio son bombeados ópticamente alrededor de las longitudes de ondas de 980 nm o 1480 nm e irradian luz en longitudes de onda de 1550 nm.

Este proceso puede ser utilizado para crear láseres y amplificadores ópticos. El erbio (de Ytterby, una ciudad sueca) fue descubierto por Carl Gustaf Mosander en 1843. Mosander separó la "itria" del mineral gadolinita en tres fracciones que denominó itria, erbia, y terbia. Nombró al nuevo elemento en honor a la ciudad de Ytterby, donde se encontraron grandes concentraciones de itria y erbio.

Como concluye Sellars:

No sólo nuestro material es compatible con las fibras ópticas existentes, sino que su versatilidad significa que será capaz de conectarse con muchos tipos de ordenadores cuánticos, incluidos los qubits de silicio de CQC2T, y qubits superconductores como los desarrollados por Google e IBM.

Este 3 de mayo, en una conferencia de prensa en el Instituto de Shanghai para Estudios Avanzados de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha sido presentado el desarrollo de ordenador cuántico que supera a un ordenador convencional.

El hallazgo nos pone en la senda de la construcción de futuros ordenadores cuánticos miles de veces más potententes que los actuales.

El ordenador cuántico chino

Una computadora cuántica con 50 bits cuánticos (qbits) sería más potente en la solución de problemas de muestreo cuántico que el superordenador más rápido de hoy. Y Pan Jianwei, un académico de la Academia China de Ciencias, ha logrado junto a su equipo de colaboradores concebir un sistema fotónico con los primeros 5, 6, 8 y 10 fotones entrelazados en el mundo.

El equipo Desarrolló independientemente un circuito cuántico superconductor que contenía 10 bits cuánticos superconductores y enredaron entrelazaron los 10 bits cuánticos a través de una operación cuántica global.

Los resultados de las pruebas, publicados en Nature Photonics, muestran que la tasa de muestreo de este prototipo es por lo menos 24.000 veces más rápida que las contrapartes internacionales.

La computación cuántica explota el principio de superposición cuántica fundamental para permitir capacidades de cálculo y simulación paralelas ultra-rápidas. En los chips de computadora de silicio normales, los datos se representan en uno de dos estados: 0 o 1.

Sin embargo, en los ordenadores cuánticos, los datos podrían existir en ambos estados simultáneamente, manteniendo exponencialmente más información.

Los científicos chinos pretenden realizar la manipulación de 20 fotones entrelazados para finales de este año, e intentarán diseñar y manipular 20 bits cuánticos superconductores. Y esto solo es el principio, pues Google también está llevando a cabo sus propios logros. La última gran noticia que hemos vivido en este campo ha venido de parte de IBM. Esta compañía ha anunciado que antes del fin de 2017 tendrá un servicio de computación cuántica en la nube.

Leo en Magonia que la Organización Médica Colegial (OMC) ha denunciado ante el Ministerio de Sanidad un anuncio sobre el cáncer publicado por la revista Discovery DSalud según el cual “millones de personas de personas mueren cada año a causa del cáncer porque ¡la quimioterapia y la radioterapia no funcionan!", entre otras afirmaciones sin fundamento científico.

No es la primera vez que la revista Discovery DSalud, diriida por tal José Antonio Campoy, es objeto de polémicas similares.

La entrevista a Campoy

Campoy ya demostró su talante hace algún tiempo en una entrevista que podría resumirse así: se arremete contra el sistema sanitario, las farmacéuticas, y el método científico en general, haciendo hincapié que en temas de salud lo mejor es investigar por uno mismo, tomar nuestras propias decisiones, desconfiar de las batas blancas y los artículos publicados en revistas de investigación.

Es decir, justo lo contrario de la civilización, que se funda en la especialización y la división de trabajo por dos motivos: el exceso de información y la necesidad de tener tiempo libre para hacer otras cosas. La idea de Campoy, sin embargo, retrocede un puñado de siglos y se cimenta en lo siguiente: que si queréis saber cuánto té se consume en Reino Unido, desconfiad de las estadísticas, viajad y contadlo por vosotros mismos.

Si vuestro hijo está en la sala de operaciones de un hospital, y el cirujano pide inyectar x mililitros de x sustancia, antes se os pida consentimiento. Es más: que seáis vosotros quienes podáis decidir cuántos mililitros exactamente se deben administrar.

Y así con todo.

Y física cuántica, of course

El argumento de Campoy es muy básico: como el sistema no es perfecto y a veces se cuelan investigaciones maledicentes, entonces dejemos de confiar en la autoridad. La alternativa (confiar en lo que sabe uno mismo o en quienes creemos que saben más) es infinitamente más caótica y susceptible de imperfecciones y maledicencias. Pero a Campoy tampoco le importa demasiado que eso sea así porque, a su juicio: “El paradigma médico actual se basa en la existencia de unas llamadas enfermedades que los médicos combaten con fármacos. Y se trata de una falacia. Ni existen las enfermedades ni hay un sólo fármaco que cure una sola enfermedad.” Tal cual. Ningún fármaco cura nada.

Finalmente, la guinda la pone Campoy afirmando que la física newtoniana no es suficiente para la medicina. ¿A que no adivináis cómo debería operar la medicina? Tachan… la física cuántica. No podía ser otra. La cuántica lo arregla todo. Cualquier problema, cualquier laguna del conocimiento. Y como la física cuántica es tan tremendamente compleja, Campoy se asegura de que el público mayoritario sea capaz de impugnar nada, y luego coger su revistar y hacer que arda en una hoguera.

A pesar de que Campoy no confía en las autoridades, y que todo debe someterse a escrutinio propio, dice lo siguiente para desacreditar a los médicos: “Ignora los conocimientos de la Física Cuántica. Ignora lo que es un holograma. Es incapaz de entender que vivimos en un universo holográfico que muta constantemente y que nuestro cerebro actúa precisamente como un decodificador holográfico como hace ya años planteó Karl Pribram, neurofisiólogo de la Universidad de Stanford (EEUU) mundialmente conocido con quien he compartido muchas horas las dos veces que le traje a España a dar sendas ponencias.”

Parece que unas horas de charla son suficientes para entender la física cuántica, y todo lo demás. Yo llevo años y aún no me entero ni de la mitad. Campoy debe de ser un genio. Y por eso debe publicar una revista con la Verdad. Sin embargo, ¿cómo podemos fiarnos de Campoy? Cómo comprobar si todo lo que vierte en sus páginas es la Verdad o una mierda pseudocientífica que debería ser constitutiva de delito (DSalud, por ejemplo, es negacionista en el tema del sida). Si aún no sé casi nada de cuántica y llevo años con ello, ¿de dónde saco el tiempo para demostrar si Campoy es un genio o un mercachifle? ¿De quién me fío?

No te fíes de nadie, solo del método

Afortunadamente, aunque Campoy no se haya dado cuenta (o no haya tenido el tiempo suficiente como para profundizar en epistemología, pero no os preocupéis que lo tendrá), hace siglos que el conocimiento se diversifica y se generan filtros, protocolos y jerarquías para que, a nivel pragmático, dicho conocimiento resulte lo más parecido a lo correcto (y para que, en cuanto se detecta una falla, se corrija).

Con todos los errores que eso produce, son menos que los que nos esperan con la alternativa: que cada uno se las componga como pueda. Las mejores críticas al sistema pasan por aportar soluciones a fin de mejorarlo (como se ha dedicado, por ejemplo, Ben Goldacre en Mala Farma) y no a destruir el sistema y no plantear otro alternativo que no se parezca al que se usa en los pueblos donde aún visten con taparrabos.

Entiendo, con todo, que una visión superficial del funcionamiento del método científico o del proceso de revisión por pares de un artículo científico que se publica en una revista de alto impacto pudiera contradecir una falacia comúnmente denunciada precisamente por los científicos: la falacia de autoridad. Es decir, que no debemos creer a pies juntillas lo que dice una persona porque lo diga esa persona.

La falacia de autoridad parece que nos sugiere que no nos fiemos de los demás si antes no hemos comprobado si lo dicho es verdad. Pero si la civilización se funda en la figura de los expertos, ¿acaso no es una falacia de autoridad confiar en un experto? Frente a esta tensión se pueden tomar varias posturas.

La primera: el ejercicio de investigación no debe estar tan enfocado hacia lo que vierte el experto como hacia el sistema que permite al experto alcanzar su conocimiento y luego publicarlo como verdadero. Si disponemos del suficiente tiempo, podemos, no obstante, centrarnos en lo que afirma el experto, informándonos por nuestra cuenta a través de fuentes diversas. Si ni siquiera tenemos tiempo de investigar el sistema por el cual se obtiene conocimiento objetivo y verdadero en términos de uso cotidiano (es decir, la mayoría de la población mundial, porque a casi nadie le interesa cómo funciona el método científico o cómo se consigue que un nuevo fármaco sea considerado algo más que un placebo), entonces debemos dejarnos llevar casi por la fe: fiarnos de las fuentes que se dice que son confiables (aunque no lo sepamos).

Puede que así tropecemos a menudo en la conspiranoia porque ni siquiera sabemos detectar las fuentes confiables, pero es lo que hay: después de todo, hay tantos expertos involucrados en qué fármacos se aprueban o no (por ejemplo), que aunque nos pasemos el día hurgándonos la nariz la más de las veces no tomaremos un fármaco que nos mate.

Por otro lado, la tensión entre falacia de autoridad y la necesidad de fiarnos de los expertos se puede resolver dividiendo ambos en “charlas teóricas” y “decisiones pragmáticas”. Discutir los fundamentos de la verdad es un buen ejercicio teórico y filosófico, idóneo para una charla de bar o un ensayo académico. Ello nos permite aumentar nuestro conocimiento, nuestra abstracción, nuestras dudas. Es divertido y aleccionador. Pero en las decisiones pragmáticas, es decir, si debo tomar determinado fármaco o si debo coger un vuelo comercial o confiar en que llegaré gracias a un vuelo astral, entonces lo mejor es asumir nuestra profunda ignorancia y depositar nuestra confianza en el médico o los ingenieros que hay detrás del diseño y construcción de un avión.

Así, ambas posturas, en apariencia excluyentes, logran sacar lo mejor de cada situación: nos mantiene escépticos y creyentes a la vez. Lo difícil es determinar en qué casos hay que ser escépticos y qué casos, no. Campoy lo tiene claro. Yo también. Vosotros podéis escoger el camino que más os convenga, aunque, siendo honestos, creo que no deberíais fiaros de Campoy. Y ya puestos, tampoco de mí: solo soy un juntaletras y un diletante.

Hasta hace bien poco, una batalla clásica entre los físicos fue determinar si la luz debía considerarse un fenómeno ondulatorio (formado por ondas) o corpuscular (formando por partículas.

Esta última postura era la adoptada por científicos como Isaac Newton o Albert Einstein. Sin embargo, la controversia no se resolvió hasta que un científico menos conocido tomara las riendas del asunto. No en vano, algunos los consideraron el hombre que lo sabía todo.

El físico del que estamos hablando es Thomas Young (1773-1829), formado en Cambridge. Pero, además de físico, también fue egiptólogo, lingüista, médico y fisiólogo, amén de neurocientífico. Una biografía de Young escrita por Andrew Robinson llegó a titularse The Last Man who Knew Everything: Newton Wrong, Explained How See, Cured the Sick, and Deciphered the Rosetta Stone, Among other Feats of Genius.

Frente a tamaña panoplia de descubrimientos, Young también estuvo estrechamente vinculado al ingenioso experimento de la doble rendija, también llamado experimento de Young en su honor. El experimento lo explica en estos términos Miguel Nicolelis en su libro Más allá de nuestros límites:

Al dejar pasar de manera intermitente la luz por una lámina delgada en la cual había dos rendijas verticales y paralelas, separadas a escasa distancia, Young observó que en una pantalla colocada detrás de las rendijas aparecía un patrón alternante de bandas brillantes y oscuras. Dado que este patrón guardaba similitud con el “patrón de interferencia” que se observa cuando comisionan las ondas que se producen cuando en las aguas tranquilas, por ejemplo, de un lago impactan dos piedras que han sido lanzadas al mismo tiempo, Young propuso que la luz era en realidad una onda.

Este experimento fue el inicio de la mecánica cuántica.

Otros hallazgos del genial Young

Como Young era un hombre que lo sabía todo, un año después de su experimento de la rendija, empezó a formular lo que llegó a ser su teoría de la codificación neutral distribuida, conocida como la teoría tricromática de la visión en color.

Young también intentó descifrar los textos de la piedra Rosetta. Aunque Young había logrado traducir correctamente algunos jeroglíficos de la piedra Rosetta, la primera traducción completa la realizó el francés Jean-François Champollion.

En 1793 explicó el modo en que el ojo acomoda la vista a diferentes distancias dependiendo del grado de curvatura del cristalino. En 1801 describió el defecto óptico conocido como astigmatismo.

El mundo de las comunicaciones y los ordenadores se está revolucionado gracias a la introducción de la mecánica cuántica, pero esta misma herramienta también podría emplearse para desarrollar robots, autómatas y demás agentes que usen la Inteligencia Artificial (IA), según un estudio realizado por investigadores de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y la Universidad de Innsbruck (Austria) que ha sido publicado en la revista Physical Review X.

La mecánica cuántica, concretamente, podría favorecer el aprendizaje (machine learning, en inglés) de esta clase de agentes pudiendo así esponder de forma óptima y más rápida al entorno, elaborando modelos y predicciones muy precisas. Los mismos motores que se aplican, por ejemplo, para conocer la evolución del clima o en el desarrollo de los motores de búsqueda por internet.

Según Miguel A. Martín-Delgado, uno de los investigadores de la UCM que han participado en el estudio, la denominada "inteligencia artificial cuántica" (Quantum AI) podría ser el futuro de la robótica (no en vano, Google ha comenzado a invertir millones de dólares mediante la creación de un laboratorio especializado en colaboración con la NASA):

Construir un modelo es realmente un acto creativo, pero los ordenadores clásicos no son buenos en esto. Ahí es donde entra en juego la computación cuántica. Las ganancias que aporta no son solo cuantitativas en cuanto a mayor velocidad, también cualitativas, al adaptarse mejor a entornos donde el agente clásico no sobrevive. Es decir, los robots cuánticos son más creativos.

Vía | Sinc

Foto | Olmo Calvo

Juan Ignacio Cirac, director de la División de Física Teórica del Instituto Max Planck, sostiene que, al ofrecer una transmisión de datos completamente segura, la física cuántica representará una revolución en el intercambio de información. Son palabras que ha manifestado en la Universidad Internacional Menéndez Pelayo (UIMP) de Santander, donde dirige el curso Física cuántica e información.

Por ejemplo, abrirá el camino para poder enviar mensajes secretos de un ordenador a otro sin que se puedan interceptar o manipular a través de la "teletransportación" o realizar cálculos que "ningún superordenador será capaz de hacer".

Vía | Sinc

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad “estados vibracionales” de un objeto extendido más básico llamado “cuerda” o “filamento”.

Sin embargo, tal y como señala Sheldon Glashow, «La teoría de las supercuerdas es tan ambiciosa que sólo puede ser del todo correcta o del todo equivocada. El único problema es que sus matemáticas son tan nuevas y tan difíciles que durante varias décadas no sabremos cuáles son».

En el vídeo que encabeza el post, con todo, tenéis una aproximación en tan sólo 3 minutos.