supercomputadora

Un artista hace un boceto rápido al carboncillo — y el rostro en el retrato ya es reconocible. Los astrofísicos se enfrentan a una tarea similar: el espectro de una estrella es su retrato individual, que revela temperatura, composición, gravedad superficial.

Una computadora normal hace circular electricidad por pistas de cobre, y cada acción es una cola: primero una cosa, luego otra. La luz sabe hacerlo de otra manera. En un solo haz se pueden mezclar decenas de señales sin que se estorben, como voces distintas en un coro que suenan a la vez pero cada una se oye por separado. El nuevo chip FieldCore utiliza cinco de esas "voces" a la vez.

El juez entra en la sala, pero no mira las pruebas: dicta sentencia de inmediato. Así funciona el nuevo sensor cuántico: no mide la señal, sino que decide directamente a qué clase pertenece. En la detección cuántica ordinaria, todo es como en una investigación: primero se recogen pruebas (se mide la señal) y luego se analizan.

Un ordenador convencional clasifica datos como una persona que clasifica metódicamente granos de arena de distintos colores. El procesador cuántico se inspira en la naturaleza: así como una gota de agua descompone la luz solar en un arcoíris, mostrando todos los matices a la vez, el nuevo algoritmo capta al instante la esencia de gigantescos conjuntos de información.

Pronosticar el tiempo es como intentar predecir hacia dónde rodará una piedra por una ladera, conociendo la forma de cada bulto y la fuerza del viento. Si te equivocas al principio, en una semana el error se convierte en toda una tormenta. Antes, para hacer pronósticos precisos se necesitaban enormes computadoras y cálculos de varios días.

La luz corre por un laberinto de espejos y divisores de haz, pero al final del camino no solo parpadea en un detector: se transforma a sí misma. En la nueva computadora fotónica, a los circuitos lineales habituales se les han añadido módulos no lineales, y ahora la luz puede realizar cualquier operación cuántica, no solo una parte de ellas.

Dentro de cada célula ocurren constantemente reacciones químicas, como en una diminuta cocina donde las proteínas, cual chefs, preparan las sustancias necesarias. Pero ver exactamente cómo el chef cocina el plato se ve obstaculizado por la multitud de otras moléculas alrededor.

Una computadora ordinaria ve el mundo de forma plana: para ella, los números son solo puntos en una línea. Pero una imagen en color o una escena tridimensional requieren más: cuatro números que describan tanto la posición como la rotación. Estas cuádruplas se llaman cuaterniones, y hasta ahora la electrónica los manejaba torpemente, descomponiéndolos en partes y volviéndolos a ensamblar.

Una orquesta toca dentro de un frigorífico gigante. Los músicos son los cúbits, las celdas elementales de la computadora cuántica. Para que suenen afinados hace falta silencio: los ruidos térmicos apagan la melodía. Por eso el corazón del procesador cuántico se enfría hasta casi el cero absoluto: menos 273 grados Celsius.

Un enorme refrigerador del tamaño de un armario zumba, manteniendo en su interior una temperatura más baja que la del espacio exterior. En su corazón yace un chip de silicio con diminutos lazos superconductores: los cúbits.

Cables comunes: los electrones se empujan, pierden energía, se calientan — eso es resistencia. En los superconductores, parte de los electrones se sincronizan en pares, como bailarines que giran sin chocar. Pero los pares se esconden: no se pueden ver directamente, solo adivinar por su impecable coordinación.

Los átomos, como un enjambre de luciérnagas, brillan al unísono. Cuando destellan simultáneamente, la luz se amplifica enormemente: cien átomos brillan diez mil veces más que uno solo. Los físicos han convertido este truco en un motor térmico. Un motor común necesita una fuente caliente y otra fría, pero aquí los átomos funcionan solo con una fría.

Tres mil metros sobre el nivel del mar, una pared vertical. El escalador clásico trepa por una sola ruta, paso a paso, y a menudo se queda atascado en un mínimo local: una pequeña repisa desde la que no hay camino hacia arriba. El escalador cuántico actúa de otra manera: es capaz de saltar sobre el cañón y aterrizar en la cuenca de energía vecina, donde la ruta es mejor.

En un criostato enfriado a decenas de milikelvins viven los cúbits superconductores. No son muchos: decenas, como mucho unos cientos. La diafonía y el ruido térmico impiden empaquetar más. Y para romper RSA-2048 se necesitan entre diez mil y diez millones de cúbits físicos.

En 2019, un grupo de teóricos se planteó una pregunta sencilla: ¿qué ocurriría si en un ordenador cuántico ordinario se insertara un único elemento irreversible, una puerta que «se come» un poco de probabilidad? La respuesta resultó demoledora.

Un procesador cuántico superconductor es como una metrópolis microscópica encerrada en un refrigerador criogénico: calles de líneas superconductoras, barrios de cúbits.

Una orquesta donde cada músico toca un instrumento que se rompe con el más mínimo calor. El director es el procesador cuántico, y los músicos son los cúbits, frágiles portadores de información cuántica. Para que suenen en armonía, se necesita todo un equipo de afinadores que se sientan en la habitación contigua y transmiten órdenes a través de una pared insonorizada.

Un procesador cuántico es como un músico solista: puede tocar una melodía sencilla, pero para una sinfonía se necesita una orquesta. Para abordar problemas que requieren enormes cálculos, los procesadores deben conectarse en red.

En 2023, un grupo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ejecutó en la supercomputadora Theta la simulación de un circuito cuántico de 61 cúbits. Para almacenar su vector de estado se habrían necesitado 32 exabytes de memoria, más que la capacidad total de todos los discos duros del planeta.

Una supercomputadora que simula el comportamiento del plasma láser se parece a una cocina donde cientos de chefs preparan un mismo plato. Si en una hornilla se amontonan diez personas y en otra no hay nadie, el trabajo se detiene. Lo mismo ocurre en los cálculos: las partículas de plasma se acumulan en unas zonas del espacio, dejando otras casi vacías.

Una computadora cuántica se parece a una orquesta en la que cada músico toca un instrumento invisible. En lugar de violines y trompetas, hay cúbits: partículas frágiles a las que basta un mínimo calor o ruido para sacarlas del compás.