LA PREGUNTA CIENTÍFICA ES: ¿CÓMO? por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico numerario

En el lenguaje popular la pregunta más en boga es ¿por qué? En el lenguaje científico la pregunta es ¿cómo? Ciertamente no es cuestión de matiz, solo, por cuanto responder a un por qué es disponer del conocimiento de las causas últimas que explican las razones por las que ocurren las cosas, a qué se debe que sean así. ¿Por qué?, es una pregunta filosófica, muy ligada a la conjetura y muy imbricada en la creencia y la especulación. La Ciencia ni llega ahí, ni lo pretende. Se conforma con la cadena causal de acontecimientos, identificando los procesos que tienen lugar. Puede parecer que son sinónimas las pretensiones, pero nada más lejos de la realidad. La Ciencia parte de una hipótesis, toda vez que el problema se ha delimitado y elabora una cadena causal de procesos que demuestra y comprueba y está en condiciones de poderlos repetir en las mismas condiciones en que los ha analizado. Formula leyes universales que solamente dependen de magnitudes físicas mensurables y es capaz de pronosticar el resultado a obtener, con una precisión también especificada.

Una vez establecida la pregunta de la Ciencia, ¿cómo? el ser humano es insaciable. No sabemos cómo somos insaciables y hay que reconocerlo así. Tras la respuesta a cada interrogante, aparecen muchos más interrogantes que no es que empañen el resultado de aquél, pero si que es cierto que actúa como bálsamo de ignorancia, porque entonces nos damos cuenta de lo que todavía nos falta por conocer. Viene pasando así, desde siempre. Algunos físicos, poco humildes, han considerado que todo era ya conocido y que lo único que restaba era aplicar las leyes descubiertas hasta entonces y asunto arreglado. Así aconteció en los siglos XVIII y XIX con el racionalismo. El descubrimiento de la Cuántica a finales del siglo XIX y primeros del XX vino a dar al traste con el endiosamiento de algunos científicos. Hoy día hay algún científico que mantiene esa postura, haciendo caso omiso a los acontecimientos que han puesto en entredicho, una y otra vez las pretendidas soberbias que quedaron siempre en vanos intentos.

Muchos de los avances científicos han revolucionado a la Humanidad, llegando a límites impensables cuando se formularon. La Mecánica Cuántica supuso un paso gigantesco cuando a finales del XIX pensando que todo era ya conocido, se encontraron los científicos con que los espectros de rayas no se podían explicar con la Mecánica Clásica. Introdujo, al mismo tiempo que resolvía éste y muchos otros problemas, un concepto del que todavía no se ha repuesto y explicado totalmente la Física contemporánea: la superposición. Según el un sistema no solo está en un estado, sino en una superposición de todos los estados posibles. Simplemente esta idea es contraintuitiva en nuestras mentes humanas bien clásicas, como todo el mundo macroscópico. Para el mundo de la computación, como en muchas otros áreas, la superposición puede suponer el futuro de la capacidad de procesamiento que permita llevar a cabo muchas tareas hoy imposibles de realizar. Supondría que las máquinas dejarían de estar gobernadas por la Mecánica Clásica por la Cuántica, como ocurre con las moléculas o los átomos. Sería abordable la simulación de sistemas muy complejos, como las dinámicas moleculares de los procesos implicados en la vida, la conciencia o muchos de los problemas cosmológicos hoy inabordables. También muchas áreas como la inteligencia artificial podrían verse impulsados al multiplicar la capacidad de procesamiento y almacenamiento de la información.

En la computación clásica la unidad de información es el bit, que es la información contenida en un dispositivo que puede tener dos estados, usualmente representados por 0 o 1. Es equivalente a responder no o si, respectivamente, a una pregunta. Cualquier número se puede representar con bits y las denominadas puertas lógicas (Y, O, NO) permiten realizar cualquier operación matemática con ellos combinándolas. Esta manipulación de la información es la que nos ha llevado a lo que hoy es el mundo de las tecnologías de la información y las comunicaciones, así como el desarrollo de todo tipo de automatismos que hoy operar en nuestro mundo.

En la computación cuántica, en lugar del bit, 0 y 1, tomamos una propiedad cuántica, como es el espín, por ejemplo, de los electrones. El espín está relacionado con el momento angular, en este caso del electrón y puede tomar también dos valores, espín arriba y espín abajo. Si asimilamos espín arriba con el bit 1 y espín abajo con el bit 0, disponemos de una base para soportar físicamente los dos bits. Pero ahora disponemos de algo más, porque mientras que en el mundo clásico los bits los podemos soportar por algún dispositivo que puede tener dos estados (bombilla apagada o encendida, por ejemplo, o núcleos de ferrita que se magnetizan en un sentido u otro), ahora los dos espines al corresponder a dos partículas microscópicas, pueden estar en una superposición de ambos estados posibles. Las puertas lógicas clásicas operan con 0 y 1 y el resultado también es 0 o 1, pero las puertas cuánticas que operan con valores superpuestos, dan como resultados estados superpuestos. Un ordenador clásico procesa n bits, trabajando con una sola de las secuencias que sería posible codificar con n bits. Las puertas lógicas se disponen para tratar una secuencia de n bits de entrada, en casos como para operar aritméticamente, dos secuencias de entrada de n bits, que una vez pasados por la secuencia de puertas lógicas, que, por ejemplo, efectúan la suma en el sistema de numeración binario, devuelven un resultado, como mucho de n+1 bit. La característica fundamental del tratamiento de la información es que es secuencial el procesamiento. En cambio, en un ordenador cuántico cuando procesa n qubits, trabaja con todas las 2n posibles secuencias de qubits a la vez. Un ordenador cuántico opera en paralelo, por lo que equivale a miles de ordenadores clásicos. Supone, por tanto, multiplicar la capacidad de almacenamiento y de procesamiento para poder abordar problemas hoy inalcanzables. La clave está en conseguir el entrelazamiento, para codificar la información de entrada, mantenerla durante el procesamiento  o  el transporte evitando las interferencias que lo destruyen con enorme facilidad, y decodificar el resultado. Hoy se trabaja con soportes denominados bucles superconductores que emplean materiales superconductores sin resistencia eléctrica y manipulando la circulación de la corriente se almacena y procesa información cuántica. Google e IBM están en ello.  Es posible que estemos cerca de la irrupción de estas máquinas que traerán de la mano una auténtica revolución de consecuencias muy difíciles de prever. Puede que no pase mucho tiempo para lograr la supremacía cuántica y responder al interrogante de cómo se ha logrado tal cosa. Esa es la pregunta científica. Hoy como tal tiene respuesta. La ingeniería tiene que lograr materializarlo.