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ESTACIÓN Q
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LA BÚSQUEDA POR UN FUTURO CUÁNTICO

Jennifer Warnick

Lead Writer

Escrito por
Jennifer Warnick

La ESTACIÓN Q, con sede en un centro de investigación de cómputo cuántico que podría cambiar al mundo, está ubicada justo donde el Océano Pacífico se junta con la arena, atravesando un pequeño bosque de palmeras y pasando por una ruta ciclista. (Miren al estudiante universitario sin camisa que pasa volando en una patineta con la mochila a la espada y vistiendo traje de baño.)

En algunas maneras, la Estación Q no es en lo absoluto lo que se espera de un centro de investigación informática de próximo nivel —se siente una fuerte vibra californiana, con expertos reconocidos en todo el mundo que acuden a trabajar en camisa y pantalón corto al estilo hawaiano—. Hay un baño con ducha, un colgador lleno de trajes de buzo y varias tablas de surf desgastadas y abandonadas que, recargadas contra una esquina, parecen estar esperando a aquellos a quienes se les ocurren las mejores ideas mientras hacen surf.

En otras maneras, la Estación Q es exactamente como se la imaginan: hay un pizarrón repleto de ecuaciones en cada oficina, sala de juntas y pasillo; cómics de matemáticas y ciencias adheridos a todas las puertas; y un aire de silencio académico (a pesar de haber cierta agitación en el lugar, una sensación de inquietud).

Michael Freedman, el director de la Estación Q, es serio, está en buen estado físico y lleva un bronceado perfecto. Se parece un poco al heroico jefe de policía Martin Brody (interpretado por el actor Roy Scheider) de la cinta “Tiburón”, quien salva a un pequeño pueblo costero de un tiburón come hombres. En la Estación Q, ubicada en el campus de la Universidad de California, en Santa Bárbara, Freedman y sus colegas de todas partes del mundo, tanto dentro como fuera de Microsoft, exploran el espacio emocionante, misterioso, difícil y simplemente extraño donde la ciencia de la computación se reúne con la física cuántica.

No es difícil imaginarlo saliendo de su soleada oficina o regresando de alguna de sus largas y meditativas caminatas en la playa, para pronunciar una de las líneas más famosas de Brody en la película: “Vamos a necesitar un barco mucho más grande”.

La principal inquietud de Freedman durante la última década, el cómputo cuántico, podría ser el barco informático más grande que jamás haya conocido el mundo. Podría resolver, en el tiempo que toma servirse una taza de café, problemas que a las computadoras actuales les tomaría eones en solucionar. Podría tener aplicaciones asombrosas en campos como el aprendizaje por máquina y la medicina, la química y la criptografía, las ciencias materiales y la ingeniería. Podría permitir a los humanos entender y controlar los cimientos mismos del universo.

Por lo tanto, no sorprende que cuando hablan sobre su trabajo en el cómputo cuántico, los mejores matemáticos, físicos, científicos informáticos e investigadores del mundo —personas que generalmente no tienden a exagerar— se inclinan hacia adelante en sus sillas y utilizan términos como “extraño e inusual”, increíble”, “exótico”, “mágico”, “más allá de la ciencia ficción” y “transformador”.

“Podría ser algo drástico”, dice Freedman. “Podría tener gigantescas consecuencias informáticas. Lo cierto es que aún no lo sabemos”.

El cómputo cuántico podría resolver, en el tiempo que toma servirse una taza de café, problemas que a las computadoras actuales les tomaría eones en solucionar.

Hace una pausa. “Pero uno no podría estar en un campo de juego más emocionante que este”.

Entonces, ¿existe una manera relativamente sencilla de explicar el cómputo cuántico?

“En resumen, no”, dice Freedman. “Hay una cita famosa que dice: ‘Todo debe explicarse en la manera más sencilla posible, pero no en la más fácil”.

Con una disculpa tanto a Freedman como a Albert Einstein, a quien le pertenece la cita antes mencionada, procederemos, en la manera más sencilla posible.

Las partículas enloquecen

GRACIAS al trabajo de siglos de mentes inquietas y brillantes, desde Newton hasta Einstein, entendemos a la perfección la materia, el movimiento, el tiempo y el espacio. Pero a lo largo de los últimos cien años, los científicos que estudian la vida a niveles atómicos y subatómicos empezaron a notar algunas inconsistencias con la física tradicional. Comenzaron a surgir preguntas y teorías sobre cómo y por qué las partículas parecían tener un comportamiento predecible en una escala grande (plantas y aves, y rocas y cosas), pero a una nanoescala, son… pues bien, partículas enloquecidas. Y en la parte derecha del escenario tenemos a la mecánica cuántica, el hermano rebelde y alocado de la física clásica.

“Si la mecánica cuántica no ha causado un efecto profundo en ustedes, aún no la entienden”, dice Niels Bohr, un físico que en 1922 ganó el Premio Nobel por su trabajo en teoría cuántica.

Los comportamientos que parecen imposibles de imaginar en una escala humana son totalmente ordinarios en los “nano” vecindarios. A nivel molecular, las partículas en un estado cuántico pueden teletransportar información de un lugar a otro. Las partículas también pueden “enredarse” y permanecer conectadas misteriosamente sin importar cuánto se alejen (como en cualquier película de suspenso, donde gemelos idénticos se separan y uno se golpea la cabeza en París y el otro, en Los Ángeles, se la frota adolorido).

Como si eso no fuera lo bastante extraño, en un estado cuántico las partículas pueden lograr la “superposición”, es decir, pueden existir en varios estados simultáneamente. Para describirlo con palabras de Fleetwood Mac, las partículas cuánticas son un poco como Rhiannon, quien es “como una gata en la oscuridad, y luego ella es la oscuridad”.

¿Qué tiene que ver todo esto con las computadoras? En teoría, mucho.

La computadora portátil en su escritorio, el smartphone en su mano y la tableta en su bolso (sin mencionar la máquina teórica Turing y los mastodontes del tamaño de la habitación, activados por tubos de vacío de los cuales todas las computadoras modernas descendieron) trabajan con la información a manera de bits. Los bits son ya sea un 1 o un 0, y pueden organizarse en cadenas largas e ingeniosas para hacer que las computadoras realicen todas las tareas, desde crear secuencias de ADN hasta lanzar pequeñas aves furiosas contra fortalezas construidas por cerdos.

En los círculos cuánticos, esas máquinas potenciadas por 1 y 0 se conocen como “computadoras clásicas” para ayudar a distinguirlas entre el cómputo actual y el cómputo que es asombroso de una manera radicalmente nueva (y posiblemente mucho más poderosa).

“Todas nuestras máquinas, sin importar qué tan elegantes y paralelas sean, son básicamente copias sofisticadas de la primera máquina Turing”, dijo Freedman. “Existe el modelo clásico, que es el modelo Turing; y existe el modelo cuántico; y llevar a cabo esa transición, saltar del primero al segundo, es como echar un vistazo al funcionamiento interno del universo, como ver detrás de la cortina”.

El poder del cómputo clásico ha avanzado a pasos agigantados, incluso a pesar de que los tamaños disminuyen, se multiplican y requieren menos energía. Algunas de las primeras supercomputadoras operaban con unos 13,000 transistores, pero el Xbox One en su sala de estar contiene 5,000 millones.

No obstante su nivel de sofisticación, las computadoras clásicas tienen limitaciones en su capacidad para resolver problemas. Hay problemas tan difíciles, tan increíblemente vastos, que incluso si todas las computadoras del mundo trabajarán al mismo tiempo en ese problema mostrarían ese diminuto reloj de arena “Estoy pensando duro” durante un largo tiempo.

“Durante un largo tiempo… la vida del universo o más“, dijo Krysta Svore, investigadora y directora del grupo de Arquitecturas y Computación Cuántica (QuArC, por sus siglas en inglés) de Microsoft Research, con sede en Redmond. Svore y su equipo desarrollaron una arquitectura de software con un programa llamado LIQUi|> (una manera matemática de escribir la palabra inglesa “Liquid”) y se encuentran probando algoritmos en modelos simulados de hasta 30 bits cuánticos.

Muchos de esos problemas prácticamente irresolubles son las cuestiones difíciles que se anticiparían, como calcular la energía base de una molécula.

“Consideramos que el cómputo cuántico podría resolver ese tipo de problemas en un lapso más razonable que la vida del universo, quizá un par de años, o un par de días, o un par de segundos”, dijo Svore. “Exponencialmente más rápido”.

La diferencia entre el cómputo cuántico y el clásico se reduce al enfoque. Las computadoras clásicas atacan los problemas en la misma forma que recorreríamos un laberinto de maíz, esos laberintos del tamaño de una granja que son tan populares en las zonas rurales durante el tiempo de cosecha. Avanza por cada pasillo con tallos de maíz a los lados, y al final de cada bifurcación, elige otro camino. Si llega a un callejón sin salida, da la media vuelta y encuentra su camino de regreso, y prueba otro camino hasta que finalmente sale del laberinto (a menos que, desde luego, el laberinto sea tan grande que examinar cada ruta tarde la vida del universo). Las computadoras cuánticas operan en bits cuánticos, o qubits. Debido a las propiedades extrañas de un estado cuántico, como la superposición, un bit cuántico puede ser un 1 o un 0 —o puede operar tanto como un 1 y un 0 al mismo tiempo—. Si un bit cuántico, tanto como un 1 y un 0, puede realizar dos cálculos al mismo tiempo, entonces dos bits cuánticos pueden realizar cuatro, y todo aumenta exponencialmente bastante rápido.

“Es como ese viejo problema de matemáticas en la escuela donde ofreces darle a los niños mil dólares en ese momento, o darles un centavo hoy, dos centavos mañana, y continuar duplicando esa cantidad diario durante 30 días”, dijo Peter Lee, vicepresidente corporativo y director de Microsoft Research.

La mayoría de los niños desean mil dólares al momento, comenta Lee, pero si los centavos se duplican a diario durante 30 días, al final sumarán más de $10.7 millones de dólares.

Imaginen el mismo laberinto de maíz, pero en lugar de buscar una manera de recorrerlo a pie, en una vuelta a la vez, dejas escapar un paquete de Tribbles dinámicos y bien entrenados. Esas criaturas peludas y ficticias de Star Trek se moverían en todas las direcciones al mismo tiempo y, gracias a su tendencia por multiplicarse a velocidades alarmantemente exponenciales, explorarían cada camino de manera simultánea para encontrar la solución más eficiente.

¿El problema con los bits cuánticos? Son quisquillosos. Si a los artistas se les critica por sus exigencias en los vestidores (toallas de Versace, rosas con el tallo recortado a exactamente 15 centímetros, gatitos vivos, vitaminas de los Picapiedra), los bits cuánticos son otro tipo de diva muy diferente.

Una subida de temperatura, un poco de electricidad, una ola cósmica errante, un ligero empujón —cualquier clase de interferencia (incluso un trabajo interno —una distracción provocada por sus bits cuánticos colegas—) ocasionaría que se “desadhirieran” de su estado cuántico, con lo cual el cálculo y la información desaparecerían. Escalar los suficientes bits cuánticos para que sean útiles, hacerlo de manera estable y mantenerlos unidos son algunos de los retos fundamentales de este campo. Y son retos que Microsoft y sus socios están buscando resolver a toda velocidad.

“El problema de adhesión es uno de los factores más importantes de nuestra investigación”, dijo Lee. “Cada investigador que trabaja en esta área sueña con construir una computadora cuántica. No estamos intentando construir una computadora cuántica. Nuestra creencia es que intentar construir una máquina cuántica controlando el espín del electrón y utilizando códigos de superficie es como intentar construir una computadora utilizando tubos de vacío. Cualquier laboratorio del mundo puede hacerlo, pero nunca podrás escalarla. Nosotros hemos asumido un enfoque ridículamente difícil, y si triunfamos —con énfasis en el “si”—, entonces tendremos un bloque de construcción para una máquina cuántica escalable. Tenemos una oportunidad, una pequeña oportunidad, pero una oportunidad real, de cambiar por completo la tecnología y la sociedad en la misma manera tan significativa como lo hizo el transistor”.

Peter Lee es director de Microsoft Research. Foto: Brian Smale / © Microsoft

Es fácil ser escéptico respecto a si esta búsqueda por crear un nuevo tipo de cómputo podría generar resultados trascendentales para la humanidad. Pero consideren esto: hace seis décadas mucha gente no creía en la idea de que dentro de 60 años los niños de 13 años llevarían en el bolsillo una computadora táctil o que la casa promedio contaría con acceso a un vasto catálogo con toda la información del mundo.

“Lo más asombroso sobre la mecánica cuántica es que constituye el lenguaje microscópico fundamental del universo. Es la manera en que el universo se habla a sí mismo, y nosotros no pensamos así. Somos más como las computadoras clásicas”, dijo Freedman. “Con este proyecto para desarrollar el cómputo cuántico, lo que en realidad estamos haciendo es realizar la transición como especie de nuestros dispositivos (pensando en este modelo torpe y clásico) a nuestros dispositivos (pensando en el lenguaje fundamental del universo). Por lo tanto, dejaremos atrás este método más primitivo de procesamiento de información y avanzaremos hacia el reino cuántico”.

Llegando a la Estación Q

Freedman es una especie de genio. Asistió a la Universidad de California, en Berkeley, a la edad de 16 años, y a los 22 ya se había graduado de la Universidad de Princeton. A los 36 ganó la Fields Medal (el honor más alto en matemáticas) por resolver la conjetura de Poincaré (un problema planteado por primera vez en 1904 por el matemático francés Henri Poincaré).

Craig Mundie, asesor sénior del CEO de Microsoft, en el 2012. Foto: Brian Smale / © Microsoft

Freedman se especializa en matemáticas topológicas, el estudio de las formas geométricas que permanecen sin cambio al doblarlas o estirarlas. El hombre —también alpinista, nadador y corredor— sabe mucho sobre la resistencia, especialmente aquella que se requiere para trabajar en el mismo problema durante años. Tras varios años de dedicarse a la topología y física cuántica en Microsoft, Freedman se sentía un poco, digamos, aislado.

“Cuando ingresé a una compañía proveniente de la academia, me preocupaba no poder trabajar, que la gente se acercara a mí para ayudarle a resolver acertijos o problemas y que fueran muchas cosas pequeñas, en vez de una sola grande, las que me distrajeran”, dijo Freedman. “Cuando firmé el contrato, aclaré que esperaba contar con un lugar de trabajo aislado. Microsoft respetó mi decisión a tal grado que después de siete años comencé a sentirme un poco solo”

En el 2004, Freedman se acercó a Craig Mundie con la idea de utilizar las matemáticas topológicas para crear una plataforma estable que permitiera manipular la información cuántica. Mundie recuerda bien esa reunión.

“Llevaba tiempo pensando en el cómputo cuántico y finalmente logró entender por qué a la gente le resultaba tan difícil construir una máquina escalable y funcional”, dijo Mundie.

“Si entiendo bien, estás hablado de agregar corrección de errores en un bit cuántico”, le dijo Mundie a Freedman.

“Sí, básicamente a eso me refiero”, dijo Freedman.

A lo largo de varias reuniones, hablaron sobre crear un grupo que se dedicara a esa investigación. Mundie motivó a Freedman a trascender lo teórico.

“De hecho, fue idea de Craig que el grupo interactuara ampliamente con los investigadores —que iniciáramos un programa experimental externo—”, dijo Freedman. “Me preocupaba la idea de que, en cierta manera, estaría a cargo de un programa experimental, por lo cual intenté echar marcha atrás: ‘Mira Craig, no soy más que un matemático’”.

“Ya no”, dijo Mundie. “Ahora eres un matemático y un gerente de programa”.

Freedman deseaba “ir a donde estaba la ciencia”, de modo que se instaló en el campus de la Universidad de California en Santa Bárbara, pero quería evitar llamar al nuevo grupo “instituto” o “centro”.

No es lugar de ocio ni un sitio para ir a tomar el té. Pensaba que funcionaría mucho mejor como una estación de investigación. Un puesto fronterizo. Un lugar al que acudiríamos exclusivamente a trabajar”, dijo Freedman.

•••

Nació entonces la ESTACIÓN Q, y durante la década siguiente, Freedman se convirtió en un flautista, atrayendo a lo mejor de las matemáticas, las ciencias y la informática —teóricos y experimentalistas por igual— a la causa.

“Buscábamos matemáticos y físicos que fueran sumamente flexibles en cuanto a su visión, que desearan aprender la matemática o física que no conocían, porque el cómputo cuántico no es más que una interfaz en quizá unas tres disciplinas diferentes: las matemáticas, la física y las ciencias de la computación”, dijo Mundie. “Por lo tanto, buscábamos gente que fuera ya sea experta en las tres áreas, que es el caso con algunas de las personas dentro del grupo, o que por lo menos tuviera el interés y deseo de aprender más acerca de los temas que ya dominaban”.

Esos expertos, que viven en distintas partes del mundo, viajan a la Estación Q en la Universidad de California en Santa Bárbara un par de veces al año para ponerse al corriente de las últimas investigaciones en sesiones con nombres como “Nanocables superconductores-semiconductores aislados” y “Dispositivos multijuntura para bits cuánticos de superconducción protegidos”. Hay un aspecto de la conferencia de la Estación Q que todos entienden: la parrillada que se celebra en la playa una de las noches.

Antes de la conferencia de este año, Peter Lee decía bromeando que las sesiones de la Estación Q son tan complejas que después de unos cuantos minutos incluso el ambiente empieza a sentirse pesado. “Y la sala de conferencias parece hacerse más pequeña”, agregó Lee. Y eso lo dijo el antiguo presidente del renombrado departamento de ciencias de la computación de la Universidad de Carnegie Mellon. El cómputo cuántico es así de alucinante.

Michael Freedman , director de Estación Q. Foto por Brian Smale / © Microsoft

“Hasta hace poco, quizá unos dos años, todo esto era meramente especulativo. Aún en los círculos científicos esto se consideraba radical”, dijo Lee. “Pienso que ahora podemos argumentar que el enfoque topológico se ha convertido en la norma. Los físicos ya no creen que estamos locos”.

Sankar Das Sarma, un distinguido profesor y físico teórico de la materia condensada en la Universidad de Maryland, no lo cree. Colabora con la Estación Q dese hace una década. Con una postura perfecta, Das Sarma parece ser muy serio, pero es para su campo lo que Neil DeGrasse Tyson es para el cosmos; el hombre puede explicar las ideas incluso más complicadas sobre la física cuántica como si contará el episodio de “Guerra de Tronos” de la noche anterior. El cómputo cuántico no es una parte pequeña de la manera en que el universo funciona, afirma.

“Todo es mecánica cuántica”, dijo. “Simplemente estamos intentando dejar de utilizar la física cuántica de manera pasiva para comenzar a usarla en forma activa a través de las leyes cuánticas con el fin de hacer algo realmente diferente y revolucionario”.

¿Su analogía? Los aviones.

“Hay un avión volando en el cielo. Si dejas caer una moneda desde el avión, esta caerá —esas leyes no cambiarán para el avión—, pero al volar ese avión tú controlas esas leyes de la física clásica y la termodinámica a tu conveniencia por medio del combustible para avión y los controles. Entendemos tan bien las leyes de Newton que podemos utilizarlas a nuestro beneficio. Eso es lo estamos intentando hacer con el cómputo cuántico”.

A la caza de cuasipartículas

EN EL 2000, el físico Alexei Kitaev (entonces colaborador en Microsoft Research) sugirió que una misteriosa cuasipartícula conocida como Majorana podía utilizarse en el procesamiento de información cuántica, lo que demostró que las partículas de Majorana ubicadas en extremos opuestos de un cable cuántico podían crear con efectividad un bit cuántico topológicamente protegido. Cinco años después, Das Sarma, en conjunto con Freedman y Chetan Nayak, el otro director general de la Estación Q, escribieron conjuntamente un ensayo que presentaba una propuesta experimental para crear un bit cuántico topológicamente protegido por medio de algo llamado el sistema “Pabellón cuántico fraccional” (gas de electrones bidimensional en un campo magnético fuerte) en conjunto con cuasipartículas similares. Esos importantes hallazgos apuntaron hacia una nueva y prometedora dirección para proteger los bits cuánticos, y, por lo tanto, lograr que se comportaran. Después de todo, los bits cuánticos necesitan trabajar juntos en armonía para poder hacer cálculos.

Cuando trabajan juntos para realizar cálculos de información, los bits cuánticos son un poco como una pirámide de porristas que se balancea peligrosamente. Si tan solo un bit cuántico se altera mientras las partículas están transmitiendo información de ida y vuelta durante el proceso de cómputo, todo se viene abajo. Y cuando se viene abajo, o se “desadhiere”, toda la información que se estaba procesando desaparece. Pero un bit cuántico topológicamente protegido por una de esas misteriosas cuasipartículas podría lograr que la alteración de un bit cuántico no afectara a los demás —ni a la información que se está procesando—. Imaginen poder extraer a la porrista que se encuentra justo en el medio sin afectar la integridad en general de la energética pirámide. De manera similar, ese tipo de cuasipartículas podría, en teoría, ayudar a crear un ambiente cuántico mucho más estable. ¿El único problema? En esa época, y desde hace un siglo antes de eso, la existencia de las partículas de Majorana era puramente especulativa.

Ese trabajo atrajo la atención de varios físicos, incluyendo a Charlie Marcus, un profesor de física de materia condensada del Instituto Niels Bohr de física de materia condensada. Durante una comida de Harvard donde se conocieron por azares del destino, Freedman le explicó a Marcus (un experimentalista que en ese entonces daba clases en Harvard) por qué era prácticamente imposible hacer un experimento. Marcus estaba decidido. “No parece tan difícil”, le dijo a Freedman esa misma noche. “Quizá debamos considerar hacerlo”.

“Era más que solo querer trabajar en ese problema de física, el efecto del Pabellón cuántico fraccional”, dijo Marcus. “Michael tiene una personalidad tan cálida, inteligente y atractiva que de inmediato me di cuenta de que quería ser su amigo. Fue así como desarrollamos ideas sobre cómo implementar un programa experimental que nos permitiera probar algunas de esas ideas”.

[La Estación Q] no es lugar de ocio ni un sitio para ir a tomar el té.

Unos años más tarde, cuando las nuevas propuestas para producir partículas de Majorana basadas en nanocables estaban en la fase teórica, Marcus dijo: “Hay que llamar a Leo, es muy bueno para estas cosas”.

“Estas cosas” son los nanocables y la superconducción, y “Leo” es Leo Kouwenhoven, un profesor de física en la Universidad Deft de Tecnología, en Holanda, y buen amigo/rival de Marcus (“rival” con connotación de “competidores que se respetan mutuamente y compiten al estilo de “Iron Chef”). Bromean que son el Gordo y el Flaco de la física.

“Compartimos recetas, pero cada uno quiere seguir siendo el mejor cocinero”, dice Marcus. “Es divertido competir. Estamos intentando lograr avances en el campo”.

Los investigadores de la Universidad de Maryland dirigidos por Das Sarma y un grupo de físicos internacionales que trabajan en paralelo proporcionaron a los experimentalistas la receta de cómo revelar la existencia de las partículas de Majorana; Marcus y Kouwenhoven se propusieron seguirla al pie de la letra.

Nadie sabía qué esperar. Kouwenhoven y su pequeño equipo fracasaron unas cuantas veces, realizaron algunos ajustes, y a finales del 2011 creyeron haber detectado las cuasipartículas de Majorana. El profesor mantuvo oculto el resultado durante un tiempo mientras intentaba encontrar otra explicación para lo que parecía ser evidencia científica irrefutable. Finalmente, en abril del 2012, Kouwenhoven realizó el anuncio: su equipo había detectado con éxito evidencia definitiva de una partícula de Majorana. La historia se publicó en la portada de “Science”.

“Es el primer paso hacia el bit cuántico topológico”, dijo Kouwenhoven. “Primero debemos identificar un sistema físico que cuente con las propiedades de la Majorana. El siguiente paso es mostrar que las Majoranas poseen propiedades topológicas. Si alguien logra demostrarlo… eso es algo realmente grande. Lo último, demostrar el ADN de las partículas que las hacen relevantes para el cómputo cuántico, también es algo de suma importancia”.

El físico Leo Kouwenhoven (izquierda) y Charlie Marcus en la conferencia de 2014 de la Estación Q. Foto: Brian Smale / © Microsoft

Parece ser un pequeño paso en el espacio del bit cuántico, pero es un descubrimiento enorme que dio lugar a una verdadera revolución en el cómputo cuántico topológico dentro de la comunidad de físicos, dijo Peter Lee de Microsoft.

“No es evidencia absoluta, pero es evidencia muy sólida, y, desde entonces, varios otros grupos de físicos experimentales de todas partes del mundo han generado resultados similares en sus propios experimentos independientes”, dijo Lee.

Los investigadores de la Estación Q continuarán intentando hacer cosas muy difíciles, dijo, inclusive continuar descubriendo la existencia y características de las partículas de Majorana; intentar detectar unas partículas llamadas aniones y explorar cómo estas pueden realizar cálculos; encontrar maneras de “entrelazar” secuencias de aniones en el tiempo y el espacio para crear bits cuánticos estables y, por lo tanto, propiedades cuánticas; y explorar maneras de aplicar efectos topológicos para fortalecer los bits cuánticos.

Freedman y sus colegas investigadores utilizan donas para ayudar a explicar la razón por la cual la Estación Q se está enfocando en los efectos topológicos en el campo del cómputo cuántico. Si tienes una dona con un hoyo en el medio, sigue siendo una dona con un hoyo en el medio aunque le des una mordida grande, dijo. Ahora imagina una dona cuántica hecha de bits cuánticos estables capaces de realizar cálculos exponenciales. Si los bits cuánticos contaran con propiedades topológicas, no importaría si se diera una mordida a la dona cuántica, pues la funcionalidad de la dona podría conservarse en lugar de que la alteración provocara que todo se “desadhiriera” o derrumbara.

“Controlar la información cuántica sería un logro fantástico, pero nuestra principal motivación es la ciencia. Somos un centro de investigación grande, y una de las cosas que nos gustaría hacer es dejar huella intelectual en uno de los campos científicos más interesantes y prometedores”, dijo Freedman. “Nos encontramos en las primeras etapas, pero la ciencia es hermosa y es de primer nivel, así como lo son las matemáticas. Desde luego, resulta de gran ayuda saber que podríamos estar desarrollando las bases de un nuevo tipo de tecnología —una especie de era post-silicona—”.

De aquí al infinito

LA BÚSQUEDA por el cómputo cuántico es como la fábula de la liebre y la tortuga, dice Mundie. Grupos en todas partes del mundo están buscando maneras de realizar cálculos cuánticos y algunos incluso han construido mecanismos con propiedades cuánticas, pero estos pueden sufrir la misma suerte que las computadoras de tubos de vacío de antaño.

“Pueden ser como la liebre en cuanto a su capacidad de tomar un puñado de bits cuánticos para hacer algo y, de ese modo, demostrar que el cómputo cuántico es posible, pero de pronto enfrentan un muro en términos de su capacidad de escalar”, dijo Mundie. “La Estación Q es un tesoro de investigación. Considero que hemos demostrado un mayor liderazgo en el diseño de estrategias para abordar los problemas cuánticos que cualquier otro centro de investigación que conozco, lo cual no pretende en ninguna forma menospreciar los logros que otros han tenido en campos afines”.

Podríamos estar desarrollando las bases de un nuevo tipo de tecnología —una especie de era post-silicio—.

La estrategia de la Estación Q, construir una computadora cuántica basada en “grados topológicos de libertad”, es teóricamente más difícil de echar a andar, pero si se lograra, sería muy escalable.

“Nuestra intención no es estrictamente académica. Soñamos con que esto alguna vez proporcione información que podamos aplicar en nuestra estrategia de producto y que tenga relevancia económica y funcional”, dijo Mundie. “Es por eso que nos preocupa encontrar un camino que nos brinde la capacidad más rápida de hacer algo que tenga importancia económica, no solo académica”.

Las implicaciones económicas podrían ser impactantes. La capacidad de utilizar propiedades cuánticas podría dar lugar a la segunda llegada de la era informática, una era mucho más potente y rápida que la era del silicio.

En teoría, una oferta cuántica real reduciría a la nada el poder de las computadoras actuales, generando todo tipo de soluciones a problemas y aplicaciones dentro del reino de la especulación —factorizar números muy grandes, crear nuevas fronteras en criptografía, fabricar mejores medicamentos, desarrollar materiales de diseño y fuentes de energía, descubrir nuevas partículas y elementos, impulsar la inteligencia artificial, entender mejor el universo… la lista sigue y sigue—.

Aun así, los investigadores afirman que la exploración cuántica se asemeja a un boomerang. Lo tiran con tanta fuerza como pueden, pero no se sabe cuándo y cómo regresará (ni si lo hará).

“Si nos hacen muchas preguntas acerca de nuestro trabajo actual y su utilidad, en ciertos casos responderemos que queremos crear un bit cuántico o construir una computadora cuántica, pero en muchos casos no tenemos la más remota idea”, dijo Marcus. “Lo que descubramos puede quedarse inmóvil durante algún tiempo y más tarde cobrar relevancia. La verdad es siempre relevante con el tiempo. Los periodos de inactividad suelen conducir a descubrimientos importantes, que revivirán en el momento indicado. Esta historia se enfoca en el valor de la investigación básica”.

Das Sarma concuerda.

“¿Qué puede hacer todo eso? Mi imaginación no es lo bastante grande para predecirlo”, dijo “No estoy siendo humilde. En verdad no tengo idea de lo que pueda hacer una computadora cuántica. ¿Factorizar números? ¿Producir mejores medicamentos y materiales? Todas son aplicaciones posibles. Me atrevo a decir que el cómputo cuántico podría cambiar el mundo”.

El físico Sankar Das Sarma trabaja en la Estación Q desde hace más de una década. Foto: Brian Smale / © Microsoft

En conclusión: nadie sabe. Das Sarma comenta que poder ver las aplicaciones de una computadora cuántica hoy, sería como si Isaac Newton reviviera y viera a ese avión aplicar (y desafiar) sus leyes.

“Volvería a caer muerto”, dice Das Sarma, riendo. “¡En serio! Una vez, el director de IBM dijo que no se imaginaba una situación donde la gente normal necesitara acceder a una computadora, y ahora, en mi familia, entre todos tenemos 10. Una computadora cuántica hará cosas que ni siquiera podemos imaginarnos ahora. Así son las cosas con la tecnología”.

Mundie cuenta que justo después de estrechar la mano de Freedman para cerrar el contrato de la creación de la Estación Q, le preguntó: “Oye, si alguna vez lograras construir una de esas cosas, ¿qué sería lo primero qué harías con ella?

Sin dudar, Freedman respondió: “La usaría para diseñar materiales que emplearía para empezar a construir a su sucesora”.

¿Al igual que usar el último deseo concedido por un genio para pedir más deseos?

Mundie ríe: “Así es. Pensaba que era una respuesta profunda”.

Aunque hay mucho entusiasmo respecto al destino final, es decir, el potencial de dominar los diminutos bloques de construcción cósmicos del universo, el viaje también es hermoso, dijo Marcus.

“Vivimos bajo la creencia de que lo que vemos es todo lo que hay. El mundo es un lugar mucho más grande de lo que vemos a primera vista”, dijo Marcus. “Conforme separamos más y más capas, quizá muchas continúen ocultas antes nosotros, pero tendremos un mejor entendimiento del mundo. Pensar que somos lo bastante inteligentes para formar parte de ese proceso —descubrir poco a poco las cosas que son verdaderas, pero que han estado veladas— debiera hacernos sentir orgullosos de ser humanos”.

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