Desde 2001 Juan Ignacio Cirac es director de la División de Física Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, con sede en Garching (Alemania) y buque insignia de la investigación de este país. Desde allí ha contribuido a poner las bases de una nueva generación de ordenadores basados en las extrañas propiedades de las partículas subatómicas y con una potencia miles de veces superior a la de los más modernos superordenadores actuales.
Cirac, conocido como el Messi de la física cuántica, por ser una referencia mundial en su campo –el de lo infinitamente pequeño–, no solo se mueve en el terreno internacional; también ha puesto sus amplios conocimientos al servicio de una empresa de aquí. En efecto, desde el año 2016 es consejero independiente de Telefónica, un puesto que ya le ha permitido a la operadora española ser pionera en el ámbito de la criptografía cuántica.
Juan Ignacio Cirac y sus recientes pasos
Para muchos, Juan Ignacio Cirac es el español que más cerca está de conseguir un Premio Nobel. Considerado como uno de los padres de la computación cuántica, este físico de 53 años, natural de Manresa (Barcelona), ya cuenta, entre otros premios, con el Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica, que le fue concedido en 2006, y con el prestigioso Wolf de Física, considerado como la antesala de los Nobel y que le otorgaron en 2013. En esta entrevista con MUY, Juan Ignacio Cirac repasa los últimos avances en el campo de la criptografía cuántica, su especialidad, y revela cuáles serán los próximos pasos de una revolución tecnológica que está destinada, una vez más, a cambiar nuestro futuro para siempre.
¿Cómo crees que serán las comunicaciones del futuro?
Lo que puedo decir es cómo van a ser las comunicaciones secretas del futuro. Las normales irán por fibra óptica, que es la forma más eficiente que tenemos de comunicarnos a larga distancia. También mejorarán todos los sistemas inalámbricos, las redes wifi y las comunicaciones que emplean radiofrecuencias, porque cada vez se utilizarán frecuencias mayores. Pero las comunicaciones secretas, la criptografía, van a cambiar mucho. Y en el futuro serán totalmente inviolables.
¿Y cómo serán esos cambios?
Las comunicaciones secretas serán distintas porque tendrán que basarse en métodos diferentes de los que empleamos en nuestros días. Lo que está claro es que, muy pronto, un ordenador cuántico será capaz de descifrar con gran facilidad la criptografía basada en los algoritmos de hoy, por lo que estos dejarán de ser seguros. Por eso, habrá que cambiarlos o bien utilizar otro método de comunicación completamente distinto del actual.
Básicamente, tenemos dos opciones: una consiste en sustituir los algoritmos que se emplean ahora por otros que sean más complicados y resistentes, en principio, incluso frente a un ordenador cuántico; la otra es la criptografía cuántica, que de momento sabemos cómo utilizarla a través de fibra, de satélites, pero no sabemos aún cómo usarla a través de sistemas inalámbricos.
Su trabajo se centra en desarrollar la segunda opción…
Sí. El inconveniente que presentan los algoritmos es que resulta imposible demostrar que son totalmente seguros contra los ordenadores cuánticos. Uno puede estar más o menos convencido de que lo son, pero se trata de una opción que puede no ser del todo satisfactoria. Sin embargo, la criptografía cuántica sí que es del todo satisfactoria, y su seguridad frente a los ordenadores cuánticos se puede demostrar. El problema es que resulta muy difícil de desplegar.
¿Por qué es tan complicado?
Porque, de momento, la criptografía cuántica funciona solo a distancias relativamente cortas, del orden de 50 o 60 kilómetros, y únicamente a través de fibra. Se trata de enviar fotones –partículas de luz– por los cables de fibra, y el problema está en que aquellos son absorbidos por el propio cable si recorren distancias muy grandes. Por eso, actualmente estamos limitados en cuanto a las distancias a las que podemos desplegar esas redes. Además, por ahora solo sabemos aplicar la criptografía cuántica usando fibras ópticas, pero no otros métodos que se emplean en la comunicación, como es el caso de las redes inalámbricas.
Usted es un experto en criptografía cuántica. ¿Puede explicar ese concepto?
La criptografía cuántica es una forma de encriptar mensajes en la que se utilizan partículas cuánticas, los fotones. Y se hace de tal forma que si alguien no autorizado intenta leer el mensaje, este se destruye antes de que nadie pueda acceder a él. Además, los que se están comunicando detectan que hay alguien intentando leerlo. Se utilizan unas propiedades de la física cuántica que tienen estas consecuencias.
¿Qué es un ordenador cuántico y cómo funciona?
Como cualquier otro ordenador, el objetivo de uno cuántico es el de hacer cálculos. Una computadora convencional convierte la información a ceros y unos, la procesa y la devuelve en forma de números, textos o cualquier otra cosa que le hayamos pedido que haga; para llevar a cabo este trabajo, sigue unas normas determinadas.
El ordenador cuántico hace lo mismo, pero siguiendo las reglas de la física cuántica, que hacen posible una potencia infinitamente mayor. De hecho, uno solo de ellos equivale a un número gigantesco de ordenadores convencionales.
¿Cuáles son esas reglas de la física cuántica a las que se refiere?
Por ejemplo, la indeterminación. En el mundo subatómico, una partícula puede estar en varios lugares a la vez. O, mejor dicho, existe como posibilidad en varios lugares a la vez, como una nube difusa y cuya posición solo se concreta en un punto en el momento en que la observamos. Cuando dejamos de mirar, vuelve a su estado indeterminado. Esa propiedad se puede usar para resolver problemas de una forma muchísimo más rápida de lo que lo hace cualquier ordenador actual.
¿Para qué vamos a necesitar ordenadores cuánticos?
En primer lugar, muchas de las operaciones que se hacen hoy se podrán ejecutar más rápido, y eso tiene aplicaciones en diversos campos, en especial todos aquellos en los que sea necesario hacer cálculos muy grandes. Hay algunos que ni siquiera los superordenadores pueden realizar, pero los ordenadores cuánticos sí tendrán esa capacidad. Hablo de cálculos sobre el diseño de materiales o de compuestos químicos; la resolución de ecuaciones complejas…
Por otro lado, están las aplicaciones más cercanas, las industriales, que son las que tienen que ver con la optimización de todo tipo de procesos. Los problemas que encontramos en la vida diaria están relacionados con la optimización, en particular todo lo que tiene que ver con la IA, el machine learning o el procesamiento de datos.
Todo lo que necesite ser procesado y se base en una gran cantidad de datos, algo necesario para poder tomar decisiones óptimas, requiere un procesamiento de dichos datos, y resulta que muchas veces no se puede hacer debido a que los ordenadores actuales no son lo suficientemente potentes. Pero muchas de las optimizaciones de las que hablamos las podrán llevar a cabo los ordenadores cuánticos.
Empresas como IBM y Google llevan años anunciando la llegada de los primeros ordenadores cuánticos comerciales, pero parece que no terminan de aterrizar… ¿Cuándo se harán realidad?
Los ordenadores cuánticos potentes tardarán mucho tiempo en hacerse realidad. Las citadas empresas, así como otras, dicen que llegarán dentro de cinco o diez años. Y yo creo que sí, que como mínimo tardarán ese tiempo, y quizá un poco más. Lo que ocurre es que empieza a haber pequeños prototipos, sacados a la luz por estas empresas y algunas universidades, y es posible que puedan ser útiles también para determinadas tareas.
¿Para qué se podrán emplear estos ordenadores cuánticos primerizos?
Los primeros prototipos que ya existen –IBM ha sacado uno, y hay otros de Intel y otras empresas– son de uso muy restringido. Tanto que todavía no sabemos muy bien dónde pueden ser útiles, porque son muy pequeños. Hoy en día, un campo de trabajo, de investigación y desarrollo, es precisamente ver cómo estos prototipos se podrían emplear para algo que no sea posible hacer con ordenadores usuales. Esto es a corto plazo, para los próximos años.
Ahora bien, si nos vamos al largo plazo, habrá que desarrollar ordenadores que no sean prototipos, que sean de verdad y que tengan toda la potencia que promete la computación cuántica. Ya sabemos cómo hacerlos, y también para qué sirven, pero hay que construirlos, y eso resulta muy complicado.
¿Cuáles serán los principales usos y beneficios de los ordenadores cuánticos cuando ya estén desarrollados?
Conocemos algunas de las aplicaciones, pero están por definirse las más importantes. En realidad no tenemos conocimiento todavía de qué podremos hacer exactamente con los futuros ordenadores cuánticos. Por lo que sabemos hoy, esas futuras aplicaciones estarán relacionadas con el diseño de compuestos químicos, lo que tendrá su repercusión en la industria farmacéutica.
Otro campo será el que he mencionado antes de la optimización. Por ejemplo, si uno quiere reconocer imágenes, tiene que hacer unos cálculos; y esa clase de cálculos son los que probablemente podremos realizar mejor con un ordenador cuántico que con los actuales. De hecho, uno de los motivos principales de Google para invertir en ordenadores de este tipo es precisamente ese: poder utilizarlos con su inteligencia artificial. También se podrán resolver problemas de física de materiales, conocer las propiedades de materiales a muy bajas temperaturas, hacer estudios climáticos, etcétera.
¿Llegaremos a tener un ordenador cuántico en casa todos los usuarios?
Ni siquiera puedo imaginar para qué podría ser eso necesario. La tendencia hoy es a que exista la computación en la nube, la cloud. Hay grandes empresas que ya ofrecen potencias de cálculo muy grande, y que podrán proponer también en el futuro computación cuántica por si un usuario doméstico precisara realizar un gran cálculo, sin necesidad de disponer en su casa de un ordenador de estas características. Pero la realidad es que no sabemos cómo se desarrollará todo esto. Tal vez encontremos alguna aplicación importante para la que sea relevante tener un ordenador cuántico en casa. No lo sé.
Hace algunas semanas comentó, durante la presentación del libro de IA de Pablo Rodríguez Inteligencia artificial. Cómo cambiará el mundo (y tu vida), que el límite de la velocidad en la computación es la velocidad de la luz. ¿Cree que algún día nos acercaremos a ella?
En la computación clásica –no en la cuántica– se fabrican procesadores cada vez más rápidos. Y la razón de ello es que se hacen transistores también más pequeños, por lo que la información, cuando se mueve, tiene que recorrer distancias más cortas, y eso hace que sean más veloces. Pero otra opción es que la transmisión de la información sea mas rápida en sí misma.
Aunque para eso sabemos que existe el límite de la velocidad de la luz. Los sistemas electrónicos con los que contamos hoy en día no llegan a ella, están todavía muy lejos, y por eso hay gente que ha propuesto y ha trabajado en los ordenadores conocidos como ópticos, que funcionarían con luz y no con electrónica. Sin embargo, estos ordenadores ópticos aún no están desarrollados. Las computadoras no solo tienen que transmitir información, también deben procesarla. Ese límite de la velocidad de la luz en la computación es una barrera, sí, pero se puede subsanar por otros métodos.
¿Podríamos pensar en comunicaciones instantáneas aprovechando el entrelazamiento cuántico?
No. Cuando tienes un entrelazamiento entre varias partículas, se producen entre ellas unas correlaciones instantáneas, pero no se pueden emplear para enviar información. Utilizando los estados entrelazados, se crean correlaciones que se pueden medir. Si en el satélite mides cero, aquí observarás cero también. Pero eso no te permite enviar información. El hecho de que haya un señor en un satélite con un cero y tú en la Tierra también con un cero no permite que ambos se comuniquen. Tenemos solo la correlación, un conjunto de números aleatorios que son el mismo aquí que allí arriba. Para enviar información hay que hacer más cosas. Y estas no son instantáneas, sino que llevan tiempo.
De hecho, sabemos que si pudiésemos enviar información con cualquier método a velocidad mayor que la luz, violaríamos el principio de la relatividad. Y eso supondría encontrarnos con problemas muy gordos. Lo que sí es cierto es que el entrelazamiento permite hacer las cosas de una manera más segura, por el hecho de que la información desaparece de un sitio y aparece en otro. Y eso no viola ningún principio de la relatividad.
¿Y en qué consistía entonces el reciente experimento chino de telecomunicaciones cuánticas llevado a cabo entre un satélite y una estación en tierra?
Consistía en enviar dos fotones desde un satélite. Y que cada uno de ellos fuera a un lugar diferente. Esos fotones estaban entrelazados y, gracias a eso, los dos receptores pudieron llevar a cabo una serie de medidas y establecer una clave secreta. Una vez que se tiene esa clave secreta, ya no es preciso usar el satélite, sino que por cualquier otro método se puede encriptar información que no será posible desencriptar.
¿Fue entonces un experimento más de criptografía que de telecomunicaciones?
Fue un experimento de criptografía y de entrelazamiento a grandes distancias. Se trataba de comprobar que se puede crear entrelazamiento a distancias largas y que, una vez creado, es posible usarlo para encriptar información.
¿Hay una máxima distancia teórica para que funcione el entrelazamiento y que se pueda aprovechar?
No. En principio no hay ninguna. Creemos que podría haber entrelazamiento a grandes distancias, incluso hay gente que piensa que puede haber entrelazamiento entre partículas que estén dentro y fuera de un agujero negro. No hay ninguna distancia teórica, aunque lo mismo se descubre en el futuro.
¿Está de acuerdo con los que dicen que al final de esta década tendremos el hardware necesario para emular la inteligencia humana con superordenadores? En caso negativo, ¿cuándo cree que eso podría llegar a ocurrir?
Es teóricamente posible, pero tardaremos más tiempo. Queda un gran camino por recorrer.
¿Está de acuerdo con la idea de que la mayor parte de la inteligencia de nuestra civilización acabará siendo, hacia el final de este siglo, no biológica? El propio Stephen Hawking dijo en la revista alemana Focus que la inteligencia de los ordenadores sobrepasará dentro de pocas décadas a la de los humanos.
En ciertos aspectos ya la sobrepasa, y, en los que no, se irá avanzando, y tendremos dos inteligencias que cada vez se complementen mejor.
¿Será al final una inteligencia artificial la que diseñe los futuros ordenadores cuánticos de alto rendimiento?
Yo no sé si los ordenadores cuánticos o los actuales. Creo que la IA, entre otras aplicaciones, sirve también para desarrollar otros algoritmos de inteligencia artificial. Es decir, que puede mejorar incluso los algoritmos con los que ella misma funciona, ya sean cuánticos o clásicos. La inteligencia artificial se utiliza ya para diseñar experimentos y nuevos métodos de producción industrial, y también se puede emplear para mejorar los propios algoritmos de IA. No es algo tan descabellado. Ahora bien, siempre habrá humanos que piensen y le indiquen lo que hay que hacer. Que la IA pueda pensar por sí misma, que tenga nuevas ideas y originalidad, yo creo que es más complicado.
¿Por qué aceptó ser consejero de Telefónica?
Es un privilegio para mí estar allí. Es una empresa muy grande, una multinacional tecnológica puntera y a la que le gusta la ciencia y la tecnología. Es un sitio fenomenal donde trabajar e intentar ayudar. Yo estoy en el consejo de administración, y desde ahí puedo aportar una perspectiva distinta a la que normalmente tienen los consejeros. Una mucho más técnica o tecnológica. Y creo que puedo ayudar también en los temas relacionados con el desarrollo de nuevas tecnologías, el futuro, la digitalización… Es una empresa puntera en tecnología, por lo que estoy en mi salsa.
¿Se ha planteado Telefónica hacer criptografía cuántica?
Ya lo está haciendo. De hecho, hace menos de un mes llevó a cabo un piloto de despliegue de un sistema criptográfico cuántico en las líneas de Telefónica. Y tiene en mente seguir al frente del uso de las tecnologías cuánticas tan pronto como puedan ser útiles para cualquiera de sus actividades, para utilizarlas y aprovecharlas. En algunos aspectos, Telefónica ya es pionera en el uso de la criptografía cuántica.
Cortesía de Muy Interesante
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