SUPREMACIA CUÁNTICA por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Los ordenadores van avanzando en su itinerario hacia la superación de las limitaciones humanas. Ese punto crítico en el que superan las capacidades de un ordenador convencional se denomina supremacía cuántica. El propio enunciado es autoexplicativo. Públicamente, Google lo ha logrado. Privadamente, discretamente, taimadamente, es posible que lo hayan superado en más de un proyecto. Como en otros casos anteriores en la escalada de la tecnología, la crítica se suele centrar en minimizar los logros, reclamando que de lo que se trata es de que se haga alguna cosa útil y lo que se publicita no lo es. Olvidamos con gran frivolidad, la cantidad de cosas inútiles que preceden a una útil. En todas las esferas humanas se da la inutilidad previa. Es usual invertir mucho tiempo y esfuerzo en ir matizando aspectos hasta lograr algo contundentemente eficaz y capaz de solucionar algún problema. Pareciera que el valor práctico es el que tiene que presidir los logros, ignorando que son las ideas y no las cosas las que mueven el mundo. El generador de números aleatorios que alumbró el proyecto de Google, además de no resolver de forma eficaz ningún problema, según algunos, ya despuntaba en la dirección de que la computación cuántica no es una cosa estratosférica, sino algo próximo, destinado a revolucionar el convulso mundo de las tecnologías. No han tenido que pasar muchas fechas, para que se proponga una aplicación de auténtico alcance como es la simulación de una reacción química. Si la reacción química, además estuviera asociada a algún problema pendiente de resolver, la cosa tendría un interés inusitado, naturalmente. Pero no desesperemos.

Como es bien sabido, los ordenadores cuánticos utilizan como soporte de la información, no como los ordenadores convencionales, que emplean sistemas que soportan ceros y unos que permiten en largas series de ellos, codificar datos y por la equivalencia entre los sistemas de numeración, hacer cálculos en base dos, que luego se convierten en información decimal que es la que los humanos, por convención, empleamos y en la que nos educan para manejar la realidad. Los ordenadores cuánticos manejan lo que se denominan qubits que son bits cuánticos que tienen propiedades muy singulares para codificar la información;  requieren unas condiciones muy exigentes, porque sus propiedades se diluyen en las condiciones normales, exigen temperaturas de trabajo muy bajas, próximas al cero absoluto. Pero, en esas condiciones, se logran flujos de corriente eléctrica que definen los estados apagados y encendidos de las ordenadores convencionales.

Google ha diseñado un computador cuántico que utiliza un chip denominado Sycamore. Solamente emplea unos cuantos qubits, en torno a 50, aunque en el experimento de Química emplearon incluso menos de ese número. Simularon un estado de energía de una molécula constituida por doce átomos de hidrógeno y cada uno de los 12 qubits representaba a un electrón y modelizaron una reacción química en la que intervenían átomos de hidrógeno y de nitrógeno, analizando todos los cambios de estructura y conformación que implican a los electrones cuando pasan de un lugar a otro, que es lo que ocurre en una reacción. Justamente, es la energía de los electrones la que determina la velocidad con la que acontece una reacción química y bien determinada por las condiciones de temperatura del entorno y la concentración de las distintas especies que participan en la reacción. Analizando los itinerarios de los electrones y de los distintos componentes, se puede identificar y comprender los mecanismos de reacción.

Este tipo de tratamiento es similar al que se lleva a cabo con la computación convencional. Son trabajos que se realizan en el marco de la teoría de Hartree Fock. La cuestión es que, aunque este tipo de cosas corresponde a trabajos realizados de forma convencional hace unos 60 años, la cuestión es que hoy no hay límites establecidos que condicionen el tratamiento de la complejidad que conllevan. Poco a poco se va incrementando el número de qubis y resolviendo los problemas de corrección de errores, creciente conforme se van incrementado los qubits que se integran.

La Quimica Cuántica es un área especialmente indicada para la experimentación con la computación cuántica, dado que las moléculas son cuánticas y las reacciones químicas también, por lo que la descripción es muy apropiada. Para describir una reacción química hemos de conocer los estados cuánticos implicados para todos los electrones. Antes de disponer de un computador cuántico de propósito general, con unos cuántos qubits se pueden simular reacciones químicas.

Recordemos, que las baterías son almacenes de energía, que hoy se producen por muchos procedimientos, desde eólicos hasta captadores solares. Tienen que ser sistemas que se cargan y descargan con rapidez y deben ser seguros. Identificar los materiales apropiados para ello es una tarea propia de la computación cuántica. La búsqueda de nuevos fármacos tiene mucho en común, también. La Inteligencia artificial remataría con la aportación de nuevos algoritmos cuánticos para sistemas de escala intermedia.  Resta mucho por recorrer, pero la luz indica itinerarios a seguir esperanzados de lograr superar nuevos retos. Las reacciones químicas interactivas son una vieja aspiración que Ahmed H. Zewail instrumentalizó de forma experimental con la femtoquímica. Se trata de ver las reacciones químicas en tiempo real y no en diferido como se hace usualmente. La Computación cuántica permitirá en tiempo real efectuar el diseño y materializar la reacción. Todo un reto y camino muy expedito para la Inteligencia Artificial. Cosas útiles, en el fondo y en la forma.