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Barcelona se suma a la carrera por la computación cuántica

El Barcelona Supercomputing Center desarrollará un chip cuántico basado en tecnología propia

El consorcio del superordenador MareNostrum intentará competir con Google, IBM y China

Carmen Jané

Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center, ante el superordenador MareNostrum.

Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center, ante el superordenador MareNostrum. / EFE / ANDREU DALMAU

Barcelona espera tener su primer ordenador cuántico, o al menos el procesador que lo ha de controlar, en uno o dos años, lo que situaría a la ciudad en la carrera por llegar a la nueva frontera de la informática: crear una máquina capaz de realizar cálculos ahora imposibles. El Barcelona Supercomputing Center (BSC) o Centro Nacional de Supercomputación, que acoge el superordenador MareNostrum, será el centro encargado de desarrollar esta investigación.

“El BSC está muy interesado en el futuro, así que en un par de años tendremos un ordenador cuántico”, afirma Mateo Valero, director del centro, que acaba de estrenar la nueva ‘joya de la corona’, el superordenador MareNostrum 4, capaz de realizar cálculos de unos 11.100 billones de operaciones por segundo, lo que le convierte en el número 13 del último Top 500 --la clasificación mundial de superordenadores-- y el segundo en Europa.

POTENCIA DE CÁLCULO

Tanta potencia de cálculo hasta ahora se consigue acumulando chips, optimizándolos y haciendo que trabajen conjuntamente. Es el principio de los superordenadores, que ocupan grandes espacios y realizan millones de operaciones por segundo para cuestiones como la inteligencia artificial, la búsqueda de moléculas, el cálculo de prospecciones petrolíferas o la predicción del clima. 

Para la informática cuántica, el cálculo del procesador sustituye la tradicional unidad binaria de 0 y 1 de la informática tradicional (el bit) por principios de la mecánica cuántica y crea una unidad en la que 0 y 1 puedan superponerse (el qubit). Por tanto, está llamado a realizar cálculos más rápidos que no pueden obtenerse, de momento, con un superordenador. Aunque en esto hay aún algo de ciencia ficción. “Los superordenadores llevan 40 años resolviendo grandes problemas pero los ordenadores cuánticos no han demostrado todavía nada, aunque es una línea de futuro”, señala Valero.

TECNOLOGÍA PROPIA

El BSC, en el que trabajan unos 500 investigadores, ha reunido para esta nueva línea a un equipo capaz de desarrollar tecnología propia y competir con los que preparan IBM, Google o la startup californiana Rigetti, ahora mismo las empresas punteras del sector. O con los fabricantes chinos, que han logrado importantes avances en el área cuántica.

La nueva línea de investigación la dirigirá el catedrático de Física Cuántica de la Universitat de Barcelona José Ignacio Latorre, que está conformando un grupo de investigadores en el que participa también Pol Forn-Díaz, un físico formado con uno de los padres del qubit (la unidad que se usa en cálculo cuántico), Hans Mooji, y personal del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), que dirige Lluís Torner, y cuyo grupo de tecnología cuánticas ha desarrollado un generador de números aleatorios cuanticos, que permiten la encriptación avanzada de documentos.

“Trabajaremos en un chip a escala atómica en el que se cambian las leyes que controlan la información y con el que esperamos conseguir cálculos de al menos un qubit en un año o dos”, ha explicado Latorre a este diario.

El reto en uno o dos años de la investigación mundial sobre procesadores cuánticos es lograr la “supremacía cuántica”, el cálculo de una cantidad que sea imposible de reproducir en la informática clásica, incluidos los actuales superordenadores, y que actualmente se cifra en 49 qubits. “Todavía no se ha conseguido pero por el estado actual de la investigación se podría lograr antes de año”, señala.

BAJAS TEMPERATURAS

Para que un ordenador cuántico funcione se trabaja con chips de tamaño “de pocos átomos, es decir, escalas muy, muy pequeñas pero a temperaturas de 10 milikelvins (-273 grados centígrados)” y eso requiere potentísimos equipos de refrigeración, control y bombeo, semejantes a los de los superordenadores. Esto es, que aunque el chip sea microscópico, el tamaño del resto del equipo no lo es, recuerda Latorre.

Para ello, aunque de momento trabajarán en las actuales instalaciones del BSC en el campus de la UPC, está previsto que puedan aprovecharse pronto al nuevo edificio corporativo del centro, que ya está finalizado aunque en fase de acondicionamiento, “que es complejo”, señala el investigador.

Este futuro ordenador cuántico capaz de realizar cálculos hasta ahora imposibles, sin embargo, tendrá un propósito universal y no estará dedicado a un solo objetivo. “Hay que construir ordenadores que sirvan para todo, no que solo se dediquen a una cosa, porque entonces sí que es fácil que hagan algo bien”, afirma Valero.

Del superordenador a la computación cuántica

 

Los ordenadores se crearon para realizar cálculos más rápidos que la mente humana. Cálculos para cifrar y descifrar, como las famosas máquinas Enigma de la segunda guera mundial y su contrarréplica por Alan Turing. La carrera por hacer esos cálculos más rápidos no ha parado nunca y donde la física clásica roza sus límites, se intenta con la física cuántica, a escala atómica, con la aplicación a la informática de las teorías de Max Planck, Albert Einstein y Niels Bohr.

 

Inteligencia artificial y aprendizaje mecánico

 

Estas teorías y otras sobre el aprendizaje de las máquinas y la inteligencia artificial 

“se conocen hace muchos años pero necesitaban superordenadores como los que hay ahora para brillar. Ahora ya podemos identificar imágenes y hacer traducciones casi al instante”, recuerda Mateo Valero. Un superordenador, Deep Blue, pudo ganar a un humano al ajedrez, o el de Google con DeepMind, AlphaGo, ganar al todavía más complicado juego del go. Pero eran ordenadores entrenados para una sola cosa. Ahora se busca que sirvan para todo.

 

Simulaciones para imitar la futura máquina

 

El reto es simular el funcionamiento del cerebro humano en una máquina, según la teoría de las redes neuronales, en la que se basa la inteligencia artificial. IBM es una de las que están intentando replicar ese funcionamiento con un modelo comercial de lo que serían los cálculos de un ordenador cuántico que puedan aprovechar las empresas que hasta ahora recurren a los superordenadores, como anunció el pasado marzo. En la carrera están también otras empresas, como la canadiense Wave, la estadounidense Rigetti o Google. 

 

Tecnología para el cifrado

 

Lo que sí existe desde hace unos años es la aplicación de los principios cuánticos al cifrado de datos, como la que ha desarrollado el Institut de Ciències Fotòniques. Una muestra de esta tecnología se podrá ver este jueves en unas jornadas que organiza la Secretaria de Telecomunicacions, Ciberseguretat i Societat Digital de la Generalitat, con una videoconferencia entre la vicepresidenta del Govern, Neus Munté, y el secretario general de la Presidència, Joaquim Nin, que tendrá un cifrado teóricamente imposible de romper.

 

 

Temas: Google China

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