La carrera por dominar la computación cuántica, la próxima revolución tecnológica

El mundo ha empezado a conocer la mecánica cuántica gracias a la serie The Big Bang Theory o al experimento mental del gato de Schrödinger. Ese gato paradójico, vivo y muerto a la vez en una caja hasta que esta se abre, ilustra el principio de superposición, que junto con otros cada vez será más conocido en los próximos años. El motivo es que la computación cuántica, que aplica esa rama de la física, será una oportunidad para muchas empresas y traerá nuevas preocupaciones para los Estados.

Las tecnologías emergentes han saltado de los laboratorios al discurso geopolítico. Por ejemplo, la inteligencia artificial no solo servirá para automatizar trabajos e incorporar nuevos robots al día a día, sino para analizar grandes bases de datos y tomar decisiones militares, o reconocer a un enemigo desde vehículos aéreos no tripulados.

De la misma forma, la computación cuántica, que se estima que no se habrá desarrollado del todo hasta 2035, ayudará a descubrir nuevos materiales y formas de asegurar las comunicaciones o de procesar información. Aún faltaría una década para poder leer toda la información secreta del mundo. Por ello, países como Estados Unidos y China, la Unión Europea y grandes empresas están invirtiendo mucho dinero en desarrollar un ordenador cuántico antes que sus rivales o, llegado el caso, para ser de los primeros en inaugurar las nuevas aplicaciones de esta tecnología.

La nueva gallina de los huevos de oro

La mecánica cuántica se formuló a principios del siglo XX, por lo que tiene poco recorrido en la historia de la ciencia, aunque involucra a figuras como Max Planck, Erwin Schödinger o Albert Einstein. Lo cuántico demostró que el conocimiento humano de la naturaleza era más limitado de lo que se pensaba: explica cómo esta se comporta a escala atómica o subatómica, algo tan pequeño que antes no era prioritario en los avances de la física, centrada en grandes fenómenos, y por falta de tecnología.

El big data, o cómo tus datos le han dado más poder a la economía y la política

Mirar a escalas tan pequeñas logró resolver problemas y explicar fenómenos pendientes. También fue clave para descubrir partículas como los fotones, que a su vez permitieron desarrollar los láseres, las telecomunicaciones o los teléfonos móviles. En palabras del padre de la computación cuántica y la nanotecnología, Richard Feynman: “La naturaleza no es [mecánica] clásica, maldita sea. Si quieres hacer una simulación de la naturaleza, será mejor que lo hagas con mecánica cuántica”.

Feynman, que murió en 1988, pensaba que la computación cuántica podría ser la base de las futuras revoluciones tecnológicas. Ahora empresas estadounidenses como Google, IBM y Honeywell o las chinas OriginQuantum y Alibaba comparten esa tesis. Un informe de 2020 de la consultora McKinsey proyecta que la industria cuántica valdrá un billón de dólares en 2035. Para entonces, los ordenadores cuánticos serán clave en sectores como el farmacéutico, donde se podrán desarrollar medicamentos mucho más rápido gracias a simulaciones más precisas, o en muchos otros, a través del acelerado aprendizaje cuántico de los sistemas de inteligencia artificial.

En esencia, un ordenador cuántico será mucho más rápido que uno clásico. Mientras que el clásico procesa y computa la información a través de bits —las unidades básicas de información, sucesiones de ceros y unos—, un ordenador cuántico utilizará bits cuánticos o “cúbits”. Los cúbits no son solo ceros o unos, sino ambos y todos valores intermedios hasta que se lee lo que son, cuando se abre la caja para ver si el gato está vivo o muerto. Mientras tanto, el bit cuántico está en superposición: es todos los estados juntos a la vez, y eso tiene grandes aplicaciones.

Un bit cuántico no tiene valor de cero o uno, sino ambos y todos los intermedios, hasta que se lee cuál es. Fuente: Gfycat

Otro rasgo que explica lo especial de la computación cuántica es el principio de entrelazamiento, que implica que dos cúbits pueden comunicarse desde distintas partes del universo. En un laboratorio es más fácil conseguir esa comunicación, mientras que las interferencias reales pueden romperla.

El entrelazamiento hará posibles, entre otras, las redes de comunicación ultraseguras: si alguien intenta leer cúbits ajenos, el sistema lo notaría y se rompería la conexión. En teoría, esta nueva forma de entender la computación traerá ordenadores más potentes y seguros, y conseguirá que las comunicaciones sean más robustas y privadas, pero es complicado mantener tantos cúbits entrelazados, en especial si los separan kilómetros. 

Aun así, los avances recientes apuntan a la consolidación de los ordenadores cuánticos. Google, por ejemplo, declaró en 2018 que había conseguido la “supremacía cuántica”, es decir, realizar una operación más rápida con su chip cuántico que el mejor superordenador tradicional. Según la compañía, su chip Sycamore hizo en minutos una operación que a un superordenador le hubiese llevado 10.000 años, pero un grupo de científicos chinos invalidó el experimento en diciembre de 2020 y declaró tener el ordenador más rápido hasta el momento. La computación cuántica protagoniza otra carrera tecnológica: las principales potencias quieren explotar sus aplicaciones, dominar mercados emergentes y proteger la información más sensible.

Información protegida, país seguro

Los sistemas de cifrado permiten mantener información en secreto. No tiene por qué ser solo informes de inteligencia: la mayoría de las comunicaciones están cifradas, como las páginas web o los correos electrónicos. El cifrado garantiza que el mensaje sea accesible para los receptores autorizados, que solo ellos puedan leerlo y que no se modifique en el camino. Esas tres características —disponibilidad, confidencialidad e integridad— son la base para la seguridad de la información. Con ellas, la computación cuántica jubilaría a la mayoría de los sistemas de cifrado actuales, pero también permitiría crear otros más robustos.

Bienvenidos a la ciberguerra, donde David sí puede vencer a Goliat

El cifrado es como encerrar un mensaje en una caja cuya llave solo la tienen el emisor y el receptor. Si alguien más quiere obtener esa llave puede robarla o intentar fabricarla, pero lo primero no solo dependerá de sí mismo y lo segundo le llevará demasiado tiempo o será casi imposible.

Muchos sistemas de cifrado actuales se basan en esa dificultad para reproducir la llave. Para ello se apoyan en la técnica de la factorización: es necesario descomponer un número muy grande en dos números primos para dar con la clave. Pero un ordenador cuántico podría factorizar ese número a gran velocidad, y eso ha motivado una nueva carrera tecnológica que enfrenta a Estados Unidos, China, la Unión Europea y a grandes empresas.

La carrera por el ordenador cuántico, además, tiene otra derivada: muchas actividades de ciberespionaje actuales no pretenden robar información legible, sino capturar “cajas” cifradas con la apuesta de acceder pronto a la tecnología cuántica que permita leerlas. Se denominan ataques de “granjeo”, por la jerga de videojuegos, donde “granjear” significa ir a atrapar recursos. La esperanza en los ordenadores cuánticos y el menor coste del almacenamiento de la información permiten anticipar que las cajas se lograrán abrir.

Objetivos empresariales, pero también seguridad nacional

La computación cuántica, por tanto, ha entrado en el terreno de la seguridad nacional y en la competición geoestratégica por controlar las tecnologías emergentes y sus cadenas de suministro. Con el hito de la “supremacía cuántica” de Google en 2018, la carrera empezó a verse como tal: miles de millones de dólares de inversión para desarrollar el primer ordenador de esta clase. Aunque empresas rivales como IBM dijeron que el anuncio de Google era solo un gran movimiento de marketing, el experimento añadió fuego a la ambición de los implicados.

Adiós, guerra comercial. Hola, guerra tecnológica

Para Estados Unidos y China este es otro frente en disputa. Si Google había tenido apoyo de la NASA, los científicos chinos desmontaron su experimento usando elementos tradicionales. Pekín se adelantó en la carrera al poner en órbita en 2016 el primer satélite capaz de retransmitir comunicaciones con seguridad cuántica. Lo llamó Mozi, por el filósofo chino del siglo V a. C. que creía que el poder debía ser meritocrático y no hereditario, en un posible guiño a la supremacía tecnológica estadounidense. La importancia de la industria cuántica ya aparecía en el XIII Plan Quinquenal chino, su hoja de ruta para el desarrollo económico, científico, político y social para el periodo 2016-2020, y es una tecnología prioritaria en el XIV (2021-2025).

Estados Unidos tardó dos años más en reconocer su importancia estratégica. En 2018 le dedicó a lo cuántico una estrategia y leyes específicas para impulsar la investigación, pero sus empresas ya invertían y generaban resultados desde antes. Uno de sus objetivos es comercializar los ordenadores cuánticos. Compañías como Honeywell, Rigetti o IBM quieren primero miniaturizarlos, pues ahora son del tamaño de una habitación, y ofrecer acceso a ellos a través de la nube, ya que fabricarlos y distribuirlos puede ser muy caro. 

Con el acceso a un ordenador cuántico a través de la nube se podrán utilizar sus capacidades avanzadas a través de una suscripción, como la de un periódico o una plataforma digital. Eso les ahorraría mucho dinero a las empresas interesadas, no solo estadounidenses, para investigar nuevos productos, llevar a cabo simulaciones o acelerar sus procesos. La china Alibaba, dedicada al comercio electrónico, se sumó en 2020, y llegarán otras de más países.

Tecnonacionalismo, la estrategia de China para ser una potencia tecnológica

Al mismo tiempo, la idea ayudará a perfeccionar la tecnología de las compañías que ofrecen acceso al ordenador cuántico, con nuevos lenguajes de programación, programas informáticos y estándares tecnológicos. Para ello, IBM apuesta por rescatar la idea antigua del software libre y así desarrollar la computación cuántica de manera colaborativa y en línea, y promete acelerar todo el proceso para tener un ordenador cuántico consolidado en 2030.

La Unión Europea, por su parte, publicó en 2016 un pacto estratégico para desarrollar la industria cuántica europea en cuatro sectores: comunicaciones, ordenadores, sensores y simulación. Bruselas ha destinado financiación adicional aparte del dinero destinado a programas de investigación europeos y también ha propuesto tener un ordenador cuántico a finales de la década. Sin embargo, más allá de los esfuerzos comunitarios, pocos Estados miembros han mostrado interés, como Alemania y Francia, de mayor tradición innovadora, o Portugal y los Países Bajos, pero puede que las nuevas necesidades tecnológicas cambien pronto la postura del resto.

Por ejemplo, un ordenador cuántico no solo pondrá en jaque la mayoría de los sistemas de cifrado actuales; también podría ser la antesala a mejoras de aprendizaje automático en la inteligencia artificial. Google ya insiste en ello y, de hecho, gran parte de sus avances van en esa dirección.

El problema de Europa: la dependencia tecnológica de Estados Unidos y China

Pero estas mejoras también podrían prestarse para sintetizar virus informáticos más complejos, precisos y letales. Ya en 2007 un grupo de hacktivistas con apoyo de Rusia paralizó Estonia durante tres semanas, y otros desde Corea del Norte y China le hicieron lo propio a Corea del Sur en 2013. Así, los futuros ciberataques de una potencia con capacidades cuánticas no solo podrían sabotear la actividad de un país, sino incluso disrupciones con pérdidas económicas y humanas. Los países sin acceso a lo cuántico casi no tendrán capacidad de ciberdefensa: será como ir con piedras a una guerra en plena era nuclear.

Ya no hay vuelta atrás

Todavía nadie domina la industria cuántica, pero sí hay una carrera por liderarla. Estados Unidos, además de poder comercializar más rápido las aplicaciones cuánticas, tiene al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) trabajando desde 2016 en el problema del cifrado. El NIST sacó ese año un concurso público para que empresas presentaran sus algoritmos cuanticorresistentes: potenciales sistemas criptográficos para proteger la información actual de los futuros ordenadores cuánticos. Quedan pocos concursantes en pie, y el primer borrador de aquellos que estarían listos para estandarizarse se espera mínimo para 2022.

El impulso del NIST sirve a dos objetivos: desarrollar una manera de proteger la información más sensible del país y establecer estándares exportables que imponer después a otros países. Por tanto, es probable que algunos Gobiernos europeos implementen en 2022 sistemas de cifrado que hayan pasado por las manos del NIST, lo que consolidaría la influencia tecnológica global de Estados Unidos.

Entretanto, China está haciendo avances prometedores para la seguridad de las comunicaciones y en lo computacional. A principios de 2021, el país tenía una red de internet cuántico de casi 5.000 kilómetros entre Shanghái y Pekín, con parada en ciudades intermedias como Hefei, donde se encuentra su centro de investigación de computación cuántica más avanzado. La red aún no es invulnerable porque se asienta en componentes no cuánticos, pero China quiere ampliarla y apoyarla con una constelación de satélites cuánticos en el espacio.

La inteligencia artificial, ¿la ventaja geopolítica definitiva?

La UE también se plantea experimentar con comunicaciones cuánticas ultraseguras desde el espacio exterior. Siete Estados miembros, incluido España, se unieron en julio de 2019 para crear una red de comunicaciones ultraseguras, un internet cuántico, con apoyo de la Agencia Espacial Europea. Ahora veinticinco de los veintisiete Estados miembros participan en este proyecto, llamado Euroqci, que podría ayudar a minimizar los riesgos de seguridad.

Una década para el cambio

Los estándares tecnológicos de las empresas privadas con apoyo estatal ayudarán a dar forma al futuro. Según McKinsey, los avances en tecnologías cuánticas generarán un mercado de un billón de dólares para 2035, y se abrirá una disputa por dominarlo para garantizar la futura seguridad nacional. Con IBM, Alibaba y demás en competencia desde hace tiempo, las empresas se han vuelto tan protagonistas como los Estados de esta carrera.

El tiempo medio para desclasificar información en Europa es de treinta años, y en Estados Unidos a partir de veinticinco. Sin embargo, la UE o IBM estiman que el primer ordenador cuántico consolidado existirá ya en 2030. Para entonces toda la información clasificada será legible, y el mundo va años tarde para protegerla.

Cuando internet se rompa en dos

La carrera por dominar la computación cuántica, la próxima revolución tecnológica fue publicado en El Orden Mundial - EOM.