Donostia, nuevo nodo del mapa cuántico europeo

Donde el ojo clínico no llega, la cuántica aspira a detectar, medir y modelar lo que hoy se nos escapa. La simulación de moléculas promete cribar candidatos a nuevos fármacos sin sintetizarlos uno a uno. En lo inmediato, se exploran sensores capaces de detectar enfermedades en fases muy tempranas. Son dos casos representativos de una tecnología llamada a transformar la salud —pero también la industria, la energía o la seguridad—, con un criterio común: ver lo que hoy apenas se distingue para anticipar decisiones.

Un ejemplo próximo: el centro tecnológico y de investigación Tekniker, con sede en Eibar, adapta nuevos sensores a la tecnología cuántica. Aplicado a la salud, estos chips aspiran a extraer más información de una gota de sangre o de orina en poco tiempo, ayudando a mejorar el cribado y el control de determinados procesos biológicos, también en contextos oncológicos. Su principal ventaja radicaría en la posibilidad de detectar biomarcadores —señales medibles del organismo— que anticipen la presencia de una patología en un estado incipiente, mejorando los sistemas de diagnóstico.

“El objetivo es disponer, a medio plazo, de dispositivos funcionales con mediciones fiables y repetibles en formatos compactos”, explica Meritxell Gómez, responsable de computación cuántica en Tekniker, trabajo que realizan con agentes especializados en Euskadi. Y la instalación de un súper ordenador cuántico cercano supone una gran oportunidad.

Plataforma de referencia

El pasado 14 de octubre, IBM inauguró en Donostia el primer IBM Quantum System Two operativo de Europa. Esta plataforma cuántica, equipada con un procesador Heron de 156 cúbits (qubits) y una arquitectura modular, permite el acceso estable a un hardware puntero, conservado a una temperatura de milésimas de grado sobre el cero absoluto por su extrema sensibilidad. Se trata de la pata central de la estrategia Basque Quantum del Gobierno vasco para articular un polo cuántico de investigación, testeo y formación.

Para entender qué aporta este sistema, conviene recordar los principios en los que se basa esta tecnología. La física cuántica es la rama que estudia la materia a escala atómica y subatómica, donde se dan fenómenos contraintuitivos que han obligado a replantear las leyes clásicas. Max Planck fijó en 1900 el punto de partida al plantear que la energía no fluye de manera continua, sino en “porciones” o cuantos. A partir de ahí se suceden varios hitos: el efecto fotoeléctrico de Albert Einstein —base de los paneles solares— y otras postulaciones teóricas como la ecuación de Schrödinger o el principio de incertidumbre de Heisenberg.

De este marco surgen aplicaciones tempranas como el transistor, pieza elemental de los microprocesadores. “La diferencia con la fase actual, conocida como la segunda revolución cuántica, es que ahora podemos controlar y explotar dos fenómenos antes inalcanzables: la superposición y el entrelazamiento”, explica Fernando González Alba, líder de grupo en el equipo de Quantum Hardware, en el centro de investigación CIC nanoGUNE. Ese control es el que abre la puerta a la computación cuántica.

Estos ordenadores usan cúbits en lugar de bits. Un bit clásico es 0 o 1; un cúbit puede preparase en superposición, combinaciones simultáneas de 0 y 1. Y varios cúbits pueden entrelazarse: se comportan como un conjunto; una operación reordena el todo, acelerando tareas concretas. Esa combinación abre atajos que la computación clásica, bit a bit, no tiene.

No pretende sustituir al ordenador clásico. Encaja en problemas que son cuánticos por naturaleza, en química y materiales, al simular moléculas o reacciones sin necesidad de fabricarlas una a una. También ofrece herramientas para estructurar datos y descubrir patrones que los métodos clásicos pasan por alto. A medida que aparecen nuevos algoritmos cuánticos, se amplía el catálogo de problemas donde la cuántica puede aportar utilidad.

Un ejemplo canónico: el algoritmo de Grover reduce los intentos en la búsqueda de datos no ordenados. “Al buscar alfabéticamente en la guía de teléfonos encontrabas enseguida a la persona y su número; en cambio, si dispones solo del número, debes comprobarlos uno por uno”, explica González Alba. Grover aumenta la probabilidad de dar con la entrada correcta en menos pasos.

‘Hardware’ hecho en Euskadi

El centro de investigación CIC nanoGUNE desarrolla su propio procesador basado en la tecnología de semiconductores, silicio en particular, para aprovechar la infraestructura existente de fabricación de microchips y adaptarla a los cúbits. “El trabajo del Quantum Hardware es complementario a lo que el ordenador de IBM viene a aportar al ecosistema local”.

Según explica el responsable de Quantum Hardware, que organiza su actividad en torno a la construcción de la próxima “torre cuántica” en San Sebastián, el centro ya dispone de un prototipo de cuatro cúbits capaz de realizar cálculos básicos. La hoja de ruta se centra en investigar los retos de escala.

El System Two de IBM tiene sus propios retos en este sentido: superar, en la práctica, a las alternativas clásicas en un problema concreto, lo que se conoce como ventaja cuántica. Y escalar significa multiplicar cúbits y operaciones sin que el sistema se desmorone. Hoy hablamos de cúbits físicos (los 156 del chip Heron); “el objetivo es alcanzar los 200 cúbits lógicos, útiles tras corregir errores, que permitirán ejecutar cien millones de operaciones en 2029, y alcanzar mil millones en 2033”, según IBM. Esto permitirá a la máquina resolver problemas inabordables para la computación clásica en tiempos razonables.

La llegada de la computadora sitúa a Euskadi en la pista correcta con acceso directo al ecosistema donde se espera la primera ventaja cuántica a partir de 2026. Un mismo hub con múltiples proyectos, que permite acortar tiempos entre la teoría y su aplicación.