«La cuántica puede revolucionar el diseño de fármacos y la predicción climática»

– ¿Por qué debemos dar valor a esa torre que vemos levantar junto a CIC Nanogune?

– Porque los laboratorios que vamos a poner ahí en marcha de la mano del investigador Ikerbasque Fernando González-Zalba y en colaboración con la empresa Quantum Motion, y que deberían estar listos de aquí a fin de año, nos permitirán convertirnos en una instalación de referencia en Europa dedicada a la investigación y desarrollo de procesadores cuánticos, de silicio en este caso. Y será tecnología propia.

– ¿Qué es lo que se va a hacer en esa torre cuántica?

– Vamos a desarrollar tecnología cuántica propia, algo que hoy está en la vanguardia mundial. Hablamos de hardware cuántico, procesadores cuánticos diseñados aquí en San Sebastián, en esa torre que vemos en construcción. Creo que se trata de un hito muy relevante para todo el País Vasco.

– ¿Qué es un procesador cuántico?

– Vivimos rodeados de procesadores: en los móviles, computadores, coches... Están por todas partes. No vamos a decir que los procesadores actuales no sean cuánticos, ya que la física cuántica está en su base, pero cuando hablamos de computación cuántica nos referimos a una forma completamente nueva de computar basada en una propiedad muy especial de la física cuántica que hasta ahora no había sido explotada.

– ¿Por qué sí ahora?

– En gran medida gracias a la nanotecnología, gracias a esa capacidad que tenemos en centros como Nanogune de contorlar átomos y moléculas uno a uno.

– ¿Qué va a aportar esa tecnología de la que habla?

– Basándonos en esa propiedad tan especial de la física cuántica, podremos realizar cálculos de una forma extraordinariamente más rápida y eficiente. Pero más allá de la velocidad, estos computadores nos permitirán dar un salto cualitativo. podremos resolver problemas que resultan impensables con los procesadores actuales. Podremos hacer cosas que ahora ni siquiera somos capaces de imaginar.

– ¿Qué es eso que ahora no tenemos capacidad de hacer y se va a poder con esta tecnología?

– Por ejemplo, medicina personalizada, la cual hoy todavía no está suficientemente desarrollada. Sabremos cómo reacciona mi cuerpo ante determinadas condiciones externas y cómo debo actuar en consecuencia. Eso es medicina personalizada. Podremos entender mejor cómo respondemos individualmente a un tratamiento o incluso a factores como la contaminación. Somos sistemas extremadamente complejos, y simular cómo reacciona cada organismo de manera individual es, a día de hoy, una tarea inabordable. La computación cuántica no solo contribuirá al diseño de nuevos fármacos, sino que permitirá avanzar hacia una medicina verdaderamente personalizada.

– ¿Qué más?

– Materiales. La computación cuántica permitirá diseñar materiales más resistentes y más sostenibles. Pensemos, por ejemplo, en baterías de larga duración. También hay un enorme potencial en todo lo relacionado con el cambio climático. Existe mucha incertidumbre sobre el impacto real y cómo mitigarlo: cuánto, cómo y qué debemos hacer. Lo mismo ocurre con la predicción de fenómenos meteorológicos extremos. Actualmente las predicciones son aceptables a corto plazo; pero el desafío computacional es de gran complejidad y aquí la computación cuántica podría marcar una diferencia.

– ¿Cómo de lejos o cerca está ese salto?

– Todavía muy lejos. Hasta ahora no había sido posible explotar esa propiedad tan especial de la física cuántica que posibilita la computación cuántica. Ahora estamos en condiciones de desarrollar las bases de la computación cuántica, en gran medida gracias a la nanotecnología. Esa propiedad de la materia se conocía desde los años 20 del siglo pasado. Algunos no creían en ella, pero a principios de los 80 Alain Aspect demostró experimentalmente que la materia se comporta realmente de esa manera que predecía la física cuántica, lo que le llevó, junto con otros dos científicos, a recibir el Premio Nobel de Física en 2022. Ahora el objetivo es explotar esa propiedad para diseñar procesadores con una tecnología completamente distinta.

– ¿Podría explicarnos en qué consiste la propiedad o es imposible de entender para quienes no somos científicos?

– Lo podemos intentar.

– Adelante.

– Todo se basa en lo que llamamos bit cuántico. Un bit es el elemento más básico en el procesamiento de información. Se trata de un interruptor que se abre y se cierra, es decir, es un uno o un cero. Toda la electrónica digital se construye a partir de esta lógica binaria. Pues bien, un cúbit, o bit cuántico, cuando se mide también es un uno o un cero, pero antes de medir se encuentra en un estado muy especial, un estado cuántico.

– Prosiga.

– Pongamos el ejemplo del computador cuántico de IBM. Utiliza un anillo superconductor con dos posible sentidos de circulación de la corriente. Cuando medimos, la corriente circula en un sentido o en el otro. Pero antes de medir, y esto es lo misterioso, no podemos decir que la corriente circule en uno o en otro sentido. El anillo se encuentra en un estado cuántico. ¿Qué es? Ese estado cuántico matemáticamente se describe mediante dos números entre 0 y 1. Dependiendo del peso relativo de esos dos números, será mayor o menor la probabilidad de que, al medir, la corriente circule en uno u otro sentido.

– O sea, ¿lo que se va a hacer en la torre son anillos superconductores?

– No. En lugar de un anillo, vamos a manipular una flecha. Una flecha que al medir apunta hacia arriba o hacia abajo, pero antes de medir no apunta ni hacia arriba ni hacia abajo. Como en el caso del anillo superconductor, esa flecha se encuentra en un estado cuántico descrito matemáticamente por dos números entre 0 y 1. La gran variedad de combinaciones posibles de esos dos números es lo que dota a la computación cuántica de un gran potencial.

– ¿Cómo se hace eso?

– Esa flecha la implementamos físicamente mediante puntos cuánticos integrados en una estructura semiconductora, concretamente en obleas de silicio. Esa oblea está estructurada en la nanoescala, de tal modo que en ciertos lugares se crean diminutas cárceles nanométricas capaces de atrapar un solo electrón. Y la flecha es el espín del electrón, el cual al medir puede estar orientado hacia arriba o hacia abajo. Esos son el uno y el cero del cúbit.

– No es fácil de entender.

– Otra propiedad fundamental es el entrelazamiento cuántico. Si en lugar de un solo electrón tenemos dos, es decir, dos cúbits, cada uno por separado tiene su estado cuántico, pero cuando esos dos cúbits están entrelazados, sus estados ya no pueden describirse de forma independiente. Dependiendo del nivel de entrelazamiento, puede ocurrir que al medir uno de ellos el segundo quede determinado de forma instantánea sin haberlo medido. Esto abre la posibilidad de hacer muchos más cálculos en mucho menos tiempo.

– ¿Qué sueña que se pueda hacer con esta tecnología?

– Sueño con construir procesadores cuánticos que se utilicen en todo el mundo y que esos chips que desarrollemos aquí sirvan para avanzar en todos los ámbitos que he mencionado: medicina personalizada, diseño de nuevos materiales, predicción meteorológica y mitigación del cambio climático.

– ¿Esto cambia el mundo?

– Sin ninguna duda. No sé ni cómo ni cuándo, pero es una vía de no retorno. Esta tecnología nos permitirá hacer cosas que ahora ni siquiera podemos imaginar. ¿Alguien pensaba en internet en los años 80? No. Con la computación cuántica ocurrirá algo similar.