Llegó el primer computador cuántico a Colombia: ¿Dónde está y qué puede hacer?

Ser pioneros en avances tecnológicos en el país no es una novedad para la Universidad de los Andes. Por ejemplo, hace 30 años, en esta institución se hizo la primera conexión a internet en Colombia. Este año marcaron otro hito en esta materia cuando, el pasado 3 de diciembre, hicieron la presentación del primer computador cuántico en la historia del país. Una adquisición con la que esperan marcar un antes y un después en la educación e investigación tecnológica en el país.

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Bautizado como Quipu –en honor al sistema de información de los incas–, esperan que este equipo les permita a estudiantes y profesores explorar los aspectos fundamentales de la computación cuántica, una tecnología emergente que intenta resolver problemas y procesar la información de una manera diferente, aprovechando las leyes de la física cuántica. Y un campo que, de acuerdo con los expertos, puede cambiar en un futuro la forma como hacemos las cosas en terrenos como, por ejemplo, la seguridad informática.

EL TIEMPO habló sobre este importante avance con la profesora Valérie Gauthier Umaña, del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Computación de Uniandes, cuyo campo de estudio es precisamente la criptografía –que utiliza algoritmos codificados para proteger la información y hacerla inaccesible a personas no autorizadas–. La experta advierte que la llegada de computadores cuánticos más potentes puede comprometer seriamente la seguridad de nuestra información.

Aunque no estábamos hablando necesariamente de algo urgente, resultaba mucho más interesante poder aprender algo al verlo en acción. En la universidad ya teníamos profesores de diferentes departamentos trabajando en áreas relacionadas. Por ejemplo, se realizaban experimentos de criptografía cuántica y experimentos para crear ‘qubits’ utilizando fotones, así que varias facultades y departamentos estaban involucrados en este tema, que avanza rápidamente. Lo que sí identificamos como una necesidad fue crear un área específica en computación cuántica. Mientras conversábamos entre los profesores y los directivos surgió la idea de que sería muy interesante contar con una computadora cuántica. Decidimos comenzar con una pequeña, de solo dos ‘qubits’, ya que nos permitiría avanzar en los experimentos y también ofrecer a los estudiantes una experiencia directa con la tecnología.

Tiene dos ‘qubits’, y podemos realizar experimentos tanto con uno como con dos ‘qubits’, además de poder simular hasta tres ‘qubits’, lo cual es bastante interesante porque lo máximo que podíamos hacer antes era enviar nuestros experimentos a simuladores, como los de IBM, para hacerlos allá.

Podemos realizar hasta 300 experimentos, lo cual es bastante. En este caso, no es como comprar un carro y simplemente saber conducirlo cuando llega. Este es el primer computador cuántico en el país, por lo que estamos aprendiendo a manejarlo. En realidad, es una máquina que genera experimentos, y no solo estamos aprendiendo cómo funcionan, sino también cómo interactuar con ellos.

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En la computación clásica, trabajamos con bits, que pueden estar en dos estados: 0 o 1. Estos bits representan una señal de “hay” o “no hay” luz, por ejemplo. A partir de esos unos y ceros se construyen circuitos, y con eso funcionan dispositivos como el control remoto, la nevera, entre otros. Para que una computadora haga cosas más complejas, como ejecutar inteligencia artificial, se usan algoritmos y lenguajes de programación que se basan en esta lógica binaria.

En la computación cuántica, no usamos unos y ceros, sino ‘qubits’, que funcionan de una manera diferente. Si en la computación clásica los bits solo pueden estar en dos estados (0 o 1), los ‘qubits’ pueden estar en una superposición de ambos estados al mismo tiempo. Imagina que estás en un parque, y en lugar de moverte solo por las calles o las carreras, puedes moverte a lo largo de la diagonal, combinando ambas direcciones. En ese sentido, un ‘qubit’ puede representar tanto 0 como 1 simultáneamente, dependiendo de su posición en esa ‘diagonal’ cuántica. Esto da lugar a una nueva lógica de operaciones, distinta de las compuertas lógicas clásicas.

Esta nueva lógica cuántica tiene dos grandes ventajas. La primera es que se pueden realizar operaciones en paralelo mucho más rápido, lo cual es muy útil para campos como la ciencia de datos. La segunda ventaja es que, gracias a la superposición y la interferencia cuántica, podemos resolver problemas que serían imposibles de resolver con computadoras clásicas, como la factorización de grandes números. Lo que podemos hacer con Quipu, por ejemplo, es experimentar con dos o tres ‘qubits’, lo cual nos permite explorar y entender cómo funcionan las nuevas compuertas lógicas cuánticas.

No se sabe con certeza. Yo trabajo en criptografía poscuántica, y lo que ocurre en este campo es que, cuando se logra la factorización de grandes números que mencionaba, se compromete la seguridad de los sistemas de criptografía de clave pública. Esto afecta directamente la seguridad de procesos como las compras electrónicas y otros sistemas que dependen de esta tecnología.

Comencé a estudiar este tema en 2008, y en ese entonces se consideraba que los computadores cuánticos eran algo meramente teórico, una máquina imaginaria que no llegaría a materializarse. Sin embargo, en 2016, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por su sigla en inglés) de Estados Unidos emitió un comunicado señalando que los computadores cuánticos llegarían más pronto. Con ese anuncio se instó a la comunidad científica, los gobiernos y las empresas a explorar soluciones de seguridad poscuántica. Dejó de ser un tema puramente académico para convertirse en una prioridad estratégica. En 2018, en una conferencia sobre estos temas, recuerdo que algunos participantes decían: “Mi jefe me pidió una solución para dentro de cinco años, pero yo creo que esto ocurrirá en diez”. Hasta ahora, los computadores cuánticos no han alcanzado ese punto crítico, pero su desarrollo sigue avanzando. Es difícil responder a esta pregunta, incluso para los expertos. Todo dependerá de ese momento clave en el que alguien desarrolle una tecnología revolucionaria. Una vez que eso ocurra, veremos un crecimiento exponencial en la cantidad y capacidad de los computadores cuánticos.

No estoy segura de si mi opinión puede ser algo influyente, porque esta es una visión muy personal. Por ejemplo, cuando llegó el internet, mucha gente decía que las universidades desaparecerían porque toda la información estaría al alcance de todos. Pero eso no ocurrió. La información está disponible, sí, pero uno necesita desarrollarse de otras maneras. En este sentido, las herramientas tecnológicas complementan el aprendizaje, y creo que algo similar ocurrirá con los computadores cuánticos.

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Personalmente, no creo que vayamos a tener celulares cuánticos, aunque no quisiera que en 20 años alguien diga: “Valérie Gauthier dijo que no, y ahora todos los tenemos”. Lo que me parece más probable es que los bancos, las empresas y las universidades sean los que tengan directo a estos computadores cuánticos, mientras que el resto de las personas usaremos servicios en la nube.

En cuanto a las aplicaciones, creo que los computadores cuánticos tendrán un impacto significativo, aunque inicialmente se limitarán a resolver problemas específicos que no pueden abordarse con los computadores clásicos, incluso los de alto rendimiento (HPC). Por ejemplo, en términos de ciberseguridad, si no logramos desarrollar criptografía resistente a la computación cuántica, podríamos enfrentar serios riesgos en la protección de datos y comunicaciones. Puede ser muy caótico si no logramos resolverlo, por eso, este tema se está trabajando a nivel mundial como una prioridad.

Además, los computadores cuánticos podrían acelerar enormemente la analítica de datos, mejorando áreas como la inteligencia artificial, que a su vez impacta prácticamente todos los sectores. Desde mejorar las decisiones financieras hasta avanzar en el desarrollo de tratamientos médicos, la capacidad de realizar cálculos complejos más rápidamente puede transformar muchas industrias. También podrían abordar problemas logísticos, como la optimización de rutas aéreas, que actualmente requieren aproximaciones numéricas debido a su complejidad. Sin embargo, estamos en una etapa muy temprana de esta tecnología. Apenas en los últimos años hemos comenzado a contar con simuladores y computadores cuánticos en los que experimentar.

La situación es preocupante, especialmente en lo que respecta a la criptografía. Este campo se divide en dos áreas principales. Por un lado está la criptografía simétrica, que se utiliza, por ejemplo, cuando se saca dinero de un cajero automático. En este caso, no existe un riesgo crítico, ya que los avances en computación cuántica solo exigen aumentar el tamaño de las claves para mantener la seguridad.

Por otro lado, está la criptografía de clave pública, donde el riesgo es mucho más grave. Este tipo de criptografía se utiliza en comercio electrónico, firmas electrónicas y sistemas como blockchain y bitcóin. Aquí, la llegada de computadores cuánticos puede comprometer seriamente la seguridad, ya que estos sistemas dependen de algoritmos que los computadores cuánticos podrían romper fácilmente, como aquellos basados en la factorización de números grandes.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA

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