La segunda mitad del siglo XX fue testigo de la primera revolución cuántica, gracias al desarrollo del láser y el transistor, entre otras innovaciones. Este último facilitó el nacimiento de la informática moderna y gran parte de la tecnología avanzada de que disfrutamos hoy día. Sin embargo, ninguno de estos importantes descubrimientos aprovecha el verdadero potencial de la física cuántica.
En las últimas décadas está surgiendo un nuevo tipo de procesador, el ordenador cuántico, que emplea las leyes cuánticas en toda su extensión. Propiedades como la superposición cuántica, por la que un átomo o un electrón puede presentar dos estados al mismo tiempo, y el entrelazamiento cuántico, por el que dos o más sistemas cuánticos pueden quedar fuertemente vinculados entre sí a distancia, son esenciales para un correcto funcionamiento de estos prometedores dispositivos.
La computación cuántica está despertando un gran interés entre centros de investigación, gobiernos y multinacionales, así como en los medios de comunicación. Estados Unidos, China, Australia, Canadá y Japón son algunos de los países que están ya invirtiendo en esta tecnología cantidades que rondan los cientos o, incluso, los miles de millones de dólares.
La Unión Europea, a través del Flagship de Tecnologías Cuánticas, va a destinar a lo largo de los próximos diez años mil millones de euros a la financiación de diversos proyectos competitivos en este campo.
En octubre de 2018 han arrancado los primeros proyectos ganadores en la convocatoria inicial de este programa, entre ellos dos en los que participa nuestro grupo de investigación QUTIS(de Quantum Technologies for Information Science) de la Universidad del País Vasco: el OpenSuperQ, que aquí nos ocupa, cuyo objetivo es construir un ordenador cuántico en Europa, usando tecnología de circuitos superconductores, que supere a todos los superordenadores actuales y que sea de acceso libre para universidades e investigadores, y el QMiCS, que desarrollará tecnología cuántica de microondas para servicios de comunicación y medición.
El objetivo del proyecto OpenSuperQ -que desarrollaremos junto a diversas instituciones alemanas (la Universidad de Saarland y el Centro de Investigación Jülich), suizas (la Escuela Politécnica Federal de Zúrich), suecas (la Universidad Tecnológica Chalmers) y empresas como Zurich Instruments, BlueFors Cryogenics, el Centro de Investigación Técnica de Finlandia y LNF- es diseñar y construir en Europa un ordenador cuántico escalable que pueda competir a nivel global.
Empresas principalmente estadounidenses y chinas como Google, IBM, Intel, Microsoft, Alibaba y D-Wave están desarrollando sus primeros prototipos de ordenadores cuánticos con unas pocas decenas de bits cuánticos o cúbits(las unidades de procesamiento cuántico). Si la Unión Europea no quiere quedarse atrás en la carrera por desarrollar (y, por tanto, poseer y dominar) las incipientes tecnologías cuánticas, es necesario que nos esforcemos en la tarea de construir un dispositivo de alta calidad con características similares o superiores a los anteriores.
Al contrario que el de la mayoría de las multinacionales, cuyo principal objetivo es comercializar esta tecnología, nuestro interés es esencialmente científico. Es por ello que la intención de OpenSuperQ es facilitar el acceso libre, en la nube, al ordenador cuántico que fabriquemos para favorecer la obtención de resultados de investigación avanzados. De esta forma se favorece que la tecnología esté disponible para toda la sociedad y no únicamente para aquellas instituciones que puedan costearse el acceso.
La plataforma cuántica elegida para nuestro proyecto son los circuitos superconductores, la misma considerada por la mayor parte de empresas como Google, IBM y D-Wave para sus prototipos. Son dispositivos que se pueden construir similarmente a los chips integrados de los ordenadores estándar, pero que tienen propiedades genuinamente cuánticas, como el paralelismo cuántico, entre otras cosas porque están hechos de material superconductor y funcionan a temperaturas criogénicas.
Los sistemas cuánticos son difíciles de escalar a muchos cúbits porque estas propiedades son muy frágiles y se pierden rápidamente. No obstante, con entre 50 y 100 cúbits bajo control ya se podrán resolver problemas, como los relacionados con el diseño de materiales, que superan la capacidad de los ordenadores clásicos.
El proyecto OpenSuperQ combina el desarrollo de hardware (los circuitos superconductores) para construir un chip con entre 50 y 100 cúbits, con la creación de software, es decir, de algoritmos cuánticos de alto nivel y su descomposición en secuencias de pulsos para actuar sobre el chip y producir las secuencias de puertas lógicas cuánticas que son necesarias.
Entre los campos de aplicación de los futuros ordenadores cuánticos figuran el diseño de materiales, las reacciones químicas, las finanzas, los problemas de optimización y el machine learning.
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