La “máquina del azar” de Barcelona, del premio Nobel al mercado

Una start-up de Barcelona, Quside, acaba de lanzar al mercado un dispositivo que genera números al azar a velocidad récord. Esta tecnología nació en un centro de investigación, la usó el premio Nobel de física de 2022, y es un producto de utilidad para el cifrado y la computación. 

Generar números aleatorios tiene muchas aplicaciones. Más allá de los juegos de azar online, los ordenadores los necesitan para hacer simulaciones que usan desde las farmacéuticas hasta las financieras. Por ejemplo, para predecir el tiempo hay que calcular la probabilidad de muchos escenarios distintos y los números aleatorios sirven para generarlos de forma casual, sin dejar ningún escenario relevante fuera. 

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El azar también es necesario para para generar claves de cifrado casuales que nadie pueda adivinar. Los futuros ordenadores cuánticos serían capaces de romper muchas técnicas de cifrado actuales. “La industria va a necesitar números aleatorios de buena calidad ante esa amenaza” constata Thomas Strohm, director de tecnologías cuánticas de la empresa alemana Bosch, no implicado directamente en Quside.

¿En qué consiste el dispositivo?

Hay pocas cosas tan complicadas como generar números azarosos. Si una persona se pone a decir números sin orden ni concierto, pronto se cansará y empezará a repetir patrones. Lo mismo les pasa a los ordenadores, que generan números pseudoaleatorios a partir de algoritmos. 

“Nosotros los generamos a partir de un fenómeno físico de por sí aleatorio”, explica Carlos Abellán, exinvestigador del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) y director de Quside. Dentro del dispositivo hay un láser de fosfuro de indio. La fase de sus fotones se comporta naturalmente de forma totalmente casual. El truco es traducir esta característica en señales eléctricas, correspondientes a números azarosos. 

En el 2014, Abellán demostró con otros investigadores del ICFO que de esa forma podía generar 43.000 millones de bits aleatorios por segundo, entre 1.000 y 10.000 veces más que los mejores dispositivos existentes en ese momento. Encajar ese experimento de laboratorio en una pequeña caja fue el reto siguiente. El primer resultado fue el dispositivo FMC400, que se diseñó para clientes dedicados a la seguridad de centros de datos. 

Ahora la empresa acaba de lanzar la Randomness Processing Unit (RPU), un dispositivo que se puede acoplar con un superordenador y acelerar hasta 10 veces la velocidad de sus simulaciones, reduciendo su consumo de energía: la carga de generar números aleatorios la lleva la RPU, no el ordenador. El sistema se ha ensayado en los superordenadores Mare Nostrum en Barcelona y Finis Terrae en Santiago.

“Actualmente, hay varias empresas que generan números aleatorios de forma competitiva [con Quside]. Una particularidad [del sistema de Barcelona] es su velocidad”, comenta Strohm.

Del mercado a la ciencia...

La idea del dispositivo nació hace más de una década, en el marco de un proyecto de criptografía cuántica para satélites, recuerda Abellán. Pero su primera aplicación fue una cuestión teórica, que está en la base del último premio Nobel de física. 

Morgan Mitchell, investigador del ICFO que participó en ese hallazgo, se enteró de que diversos investigadores buscaban una fuente de números aleatorios de alta calidad, con un objetivo ambicioso: nada menos que “desmentir” a Einstein.

El genio alemán negaba la validez de uno de los fenómenos previstos por la mecánica cuántica: el entrelazamiento cuántico. Si hay una pareja de partículas sujetas a este fenómeno (o sea, “entrelazadas”), aunque estén en los extremos opuestos del Universo, cuando se actúa sobre una, la otra siente inmediatamente el efecto. Einstein tildó el proceso de “fantasmal acción a distancia”. 

En el 1964, se diseñó una prueba para averiguar quién tenía razón: el test de Bell. No fue hasta el 2015 cuando se pudo llevar a cabo este test (que por cierto le quitó la razón a Einstein), con la máxima seguridad de tener un resultado veraz. Para ello, fue esencial el uso de la máquina del azar de Barcelona. El resultado le mereció el premio Nobel de física a Anton Zeilinger, uno de los científicos que usaron el dispositivo. 

...y de la ciencia al mercado

“Es excitante ver que una investigación aplicada contribuye a la ciencia fundamental y viceversa”, afirma Mitchell. Efectivamente, en paralelo con esos estudios, Abellán y colegas estaban trabajando a toda máquina para integrar el dispositivo en un pequeño chip, cosa que consiguieron en el 2016. 

Quside tiene ahora 35 empleados y un laboratorio en Castelldefels. La start-up sigue gastando más de lo que factura, pero acaba de cerrar una ronda de inversiones de fondos importantes, asegura Abellán. El esfuerzo del centro de investigación que la alumbró, el ICFO, se ve compensado por royalties en las ventas, concluye el directivo. 

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