Parabolanoi: Michio Kaku Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo

Otras citas de Michio Kaku

El NIST ya ha anunciado que espera que para 2029 los ordenadores cuánticos sean capaces de romper el cifrado AES de 128 bits, el código utilizado por muchas empresas.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 9

El auge de los ordenadores cuánticos es señal de que la era del silicio está llegando gradualmente a su fin. Durante el último medio siglo, la explosión de la potencia informática se ha descrito mediante la ley de Moore, llamada así por el fundador de Intel, Gordon Moore. Esta hipótesis establece que la potencia de los ordenadores se duplica cada dieciocho meses. A pesar de ser engañosamente simple, esta ley ha acertado con el notable aumento exponencial que predice, el cual no tiene precedentes en la historia de la humanidad. No hay ningún otro invento que haya tenido un impacto tan generalizado en un periodo de tiempo tan breve.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 10

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 11

Básicamente, todos los ordenadores modernos se basan en información digital, que puede codificarse en una serie de 0 y 1. La unidad de información más pequeña, un solo dígito, se denomina bit. Esta secuencia de 0 y 1 se introduce en un procesador digital, que realiza el cálculo y produce un resultado. Por ejemplo, su conexión a internet se mide en términos de bits por segundo o bps, lo que significa que cada segundo se envían mil millones de bits a su ordenador, y esto le permite acceder al instante a películas, correos electrónicos, documentos, etc. Sin embargo, en 1959, el premio Nobel Richard Feynman adoptó una manera distinta de ver la información digital. En un profético y pionero artículo titulado «There’s Plenty of Room at the Bottom» («Hay mucho espacio en el fondo») y en artículos posteriores, se preguntaba: ¿por qué no sustituir esta secuencia de 0 y 1 por estados de átomos, creando así un ordenador atómico? ¿Por qué no sustituir los transistores por el objeto más pequeño posible, el átomo? Los átomos son como peonzas. En un campo magnético, pueden alinearse hacia arriba o hacia abajo con respecto al campo magnético, lo que puede corresponder a un 0 o a un 1. La potencia de un ordenador digital está relacionada con el número de estados (los 0 o los 1) que contiene la máquina. No obstante, debido a las extrañas reglas del mundo subatómico, los átomos también pueden girar en cualquier combinación de ambos estados. Por ejemplo, podría haber un estado en el que la partícula gire hacia arriba el 10 por ciento del tiempo y hacia abajo el 90 por ciento, o bien que gire hacia arriba el 65 por ciento del tiempo y hacia abajo el 35 por ciento. De hecho, hay un número infinito de formas en las que un átomo puede girar. Esto aumenta extraordinariamente el número de estados posibles. Así, el átomo es capaz de transportar mucha más información, no solo en un bit, sino en un cúbit, es decir, una mezcla simultánea de los estados arriba y abajo. Los bits digitales solo pueden transportar un bit de información cada vez, lo que limita su potencia, pero los cúbits, o bits cuánticos, tienen una potencia casi ilimitada. El hecho de que, a nivel atómico, los objetos puedan existir simultáneamente en múltiples estados se denomina «superposición» (esto también significa que las leyes habituales del sentido común se violan con regularidad a nivel atómico. A esa escala, los electrones pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, lo que no ocurre con los objetos grandes). Además, los cúbits pueden interactuar entre sí, lo que no es posible en el caso de los bits ordinarios; es lo que se denomina «entrelazamiento». Mientras que los bits digitales tienen estados independientes, cada vez que se añade un nuevo cúbit, este interactúa con todos los cúbits anteriores, por lo que se duplica el número de interacciones posibles. Por tanto, los ordenadores cuánticos son, de forma intrínseca, exponencialmente más potentes que los digitales, porque se duplica el número de interacciones cada vez que se añade un cúbit adicional. Por ejemplo, hoy en día los ordenadores cuánticos pueden tener más de cien cúbits. Esto significa que son 2100 veces más potentes que un superordenador con un solo cúbit. El ordenador cuántico Sycamore, de Google, el primero en alcanzar la supremacía cuántica, es capaz de procesar setenta y dos trillones de bytes de memoria con sus cincuenta y tres cúbits. Así, un ordenador cuántico como Sycamore eclipsa a cualquier ordenador convencional. Las implicaciones comerciales y científicas son enormes. En la transición de una economía mundial digital a una economía cuántica, hay mucho en juego.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 12

OBSTÁCULOS PARA LOS ORDENADORES CUÁNTICOS

La siguiente pregunta clave es: ¿qué nos impide comercializar hoy mismo potentes ordenadores cuánticos? ¿Por qué algún emprendedor no desvela haber inventado un ordenador cuántico capaz de descifrar cualquier código conocido? El problema al que se enfrentan los ordenadores cuánticos también fue previsto por Richard Feynman cuando propuso por primera vez el concepto. Para que estos sistemas funcionen, los átomos tienen que estar dispuestos con precisión para vibrar al unísono; es lo que se denomina «coherencia». Pero estas partículas son objetos increíblemente pequeños y sensibles. La más mínima impureza o perturbación del mundo externo puede hacer que este grupo de átomos pierda la coherencia, echando así a perder todo el cálculo. Esta fragilidad es el principal problema al que se enfrentan los ordenadores cuánticos. Así, la pregunta del billón de dólares es: ¿podemos controlar la decoherencia? Para minimizar la contaminación procedente del mundo exterior, los científicos utilizan equipos especiales para hacer descender la temperatura hasta casi el cero absoluto, donde las vibraciones no deseadas son mínimas. Pero esto exige unas bombas y conductores especiales y muy caros. Sin embargo, nos enfrentamos a un misterio. La madre naturaleza utiliza la mecánica cuántica a temperatura ambiente sin ningún problema. Por ejemplo, el milagro de la fotosíntesis, uno de los mecanismos más importantes que se desarrollan en la Tierra, es un proceso cuántico que tiene lugar a temperaturas normales. Para realizar la fotosíntesis, la madre naturaleza no utiliza una sala llena de exóticos aparatos que funcionan cerca del cero absoluto. Por razones que no se comprenden bien, en el mundo natural se puede mantener la coherencia incluso en un día cálido y soleado, cuando las perturbaciones del mundo exterior deberían generar el caos a nivel atómico. Si lográramos averiguar cómo la madre naturaleza hace su magia a temperatura ambiente, podríamos dominar el mundo cuántico e incluso la propia vida.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 14

Pero quizá la mayor de las ventajas esté en el uso de ordenadores cuánticos para simular cientos de procesos químicos fundamentales. La situación ideal sería poder predecir el resultado de cualquier reacción química a nivel atómico sin utilizar ningún producto en absoluto, solo ordenadores cuánticos. Esta nueva rama de la ciencia, la química computacional, determina las propiedades químicas no mediante experimentos, sino simulándolas en un ordenador cuántico, lo que podría, a la larga, eliminar la necesidad de costosos y prolongados ensayos. Toda la biología, la medicina y la química se reducirían a mecánica cuántica. Esto implica crear un «laboratorio virtual» en el que podamos probar rápidamente nuevos fármacos y tratamientos dentro de la memoria de un ordenador cuántico, evitando décadas de ensayo y error, así como lentos y tediosos experimentos de laboratorio. En lugar de realizar miles de ensayos químicos complejos, caros y pausados, bastaría con pulsar el botón de un ordenador cuántico.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 17

La capacidad de cribar montañas de datos es uno de los puntos fuertes de los ordenadores cuánticos. Por tanto, la combinación de IA y ordenadores cuánticos puede incrementar significativamente la capacidad de estos para resolver problemas de todo tipo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 17

Otra aplicación esencial de los ordenadores cuánticos podría ser alimentar a la creciente población mundial.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 19

Los científicos llevan décadas intentando descifrar todos los pasos de la fotosíntesis, molécula a molécula. Pero el problema de convertir la luz en azúcar es un proceso que implica a la mecánica cuántica. Tras años de esfuerzos, los investigadores han aislado los puntos en los que los efectos cuánticos dominan este proceso, y todos ellos se hallan fuera del alcance de los ordenadores digitales. Por tanto, crear una fotosíntesis sintética que pudiera ser potencialmente más eficiente que la natural sigue eludiendo a nuestros mejores químicos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 20

Los ordenadores cuánticos podrían responder a preguntas como estas: ¿qué es lo que hace que células sanas pasen de repente a ser cancerosas y cómo se puede detener esto? ¿Qué causa el alzhéimer? ¿Por qué el párkinson y la ELA son incurables? Más recientemente, se sabe que el coronavirus muta, pero ¿cuán peligrosos son cada uno de estos virus mutantes y cómo responderán al tratamiento?

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 21

Dos de los mayores descubrimientos de la medicina son los antibióticos y las vacunas. Sin embargo, entre los primeros, los nuevos se descubren en gran medida por ensayo y error, sin entender exactamente cómo funcionan a nivel molecular, mientras que las segundas se limitan a estimular al cuerpo humano para que produzca sustancias químicas para atacar a un virus invasor. En ambos casos, los mecanismos moleculares exactos siguen siendo un misterio, y los ordenadores cuánticos nos ofrecerían conocimientos sobre cómo poder desarrollar mejores vacunas y antibióticos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 21

En su nivel más fundamental, toda la vida es mecánica cuántica y, por tanto, está fuera del alcance de los ordenadores digitales.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 22

Los ordenadores cuánticos abrirán el camino a la siguiente fase, cuando descifremos los mecanismos a nivel molecular que nos muestren cómo funcionan, permitiendo con ello a los científicos crear nuevos procedimientos genéticos y nuevos tratamientos para vencer enfermedades antes incurables.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 22

Los científicos se asombran de que la madre naturaleza haya sido capaz de crear el vasto arsenal de mecanismos moleculares que hacen posible el milagro de la vida. Pero todos ellos son un subproducto del azar y de una aleatoria selección natural, que llevan en funcionamiento miles de millones de años. Por eso seguimos padeciendo ciertas enfermedades incurables y el propio proceso de envejecimiento. Cuando comprendamos cómo funcionan estos mecanismos moleculares, podremos utilizar los ordenadores cuánticos para mejorarlos o crear nuevas versiones de ellos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 22

Los ordenadores cuánticos ya se están conectando a redes neuronales para producir las máquinas venideras capaces de aprender y reinventarse a sí mismas. En cambio, el portátil que tiene sobre la mesa no aprende nunca. No es más potente hoy que el año pasado. Solo en los últimos tiempos, con los nuevos avances en aprendizaje profundo, los ordenadores están dando los primeros pasos para reconocer errores y aprender. Los sistemas cuánticos podrían acelerar exponencialmente este proceso y causar un impacto sin parangón en la medicina y la biología.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 23

Del fondo del mar Egeo surgió uno de los enigmas más intrigantes y cautivadores del mundo antiguo. En 1901, unos submarinistas lograron rescatar una extraña curiosidad cerca de la isla de Anticitera. Entre los restos de cerámica, monedas, joyas y estatuas de un naufragio, los buzos encontraron un objeto singularmente distinto. Al principio no parecía más que un trozo de roca sin valor con incrustaciones de coral. Pero, cuando se limpiaron las capas de residuos, los arqueólogos se dieron cuenta de que estaban ante un tesoro extremadamente raro y único en su especie. Estaba lleno de engranajes, ruedas y extrañas inscripciones, una máquina de diseño intrincado y exquisito. Se calcula que se fabricó entre los años 150 y 100 a. e. c., a juzgar por la datación de los otros objetos hallados en el naufragio. Algunos historiadores creen que se llevaba de Rodas a Roma para regalársela a Julio César en un desfile triunfal. En 2008, mediante tomografía computarizada y escaneo de superficies de alta resolución, los científicos lograron penetrar en el interior de este intrigante objeto. Se quedaron de piedra al percatarse de que estaban ante un antiguo dispositivo mecánico increíblemente avanzado. En ningún lugar de los registros de la Antigüedad se mencionaba un mecanismo tan sofisticado. Se dieron cuenta de que esta magnífica máquina debía de ser la cúspide del conocimiento científico del mundo antiguo. Tenían delante una brillante supernova procedente de milenios en el pasado. Era el ordenador más antiguo del mundo, un dispositivo que no se duplicaría hasta dos mil años más tarde.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 204

Hace dos mil años, los griegos crearon el mecanismo de Anticitera, el primero de la larga línea evolutiva de los ordenadores, representado aquí como un modelo basado en el dispositivo original. Así como este mecanismo representa el principio de la tecnología informática, el ordenador cuántico puede representar la cúspide de su evolución.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 25

Los científicos empezaron a construir reproducciones mecánicas de este notable dispositivo. Al girar una manivela, una serie de complejas ruedas y engranajes se pusieron en movimiento por primera vez en miles de años. Tenía al menos treinta y siete engranajes de bronce. En uno de ellos se calculaba el movimiento de la Luna y el Sol. Otro conjunto de engranajes podía predecir la llegada del próximo eclipse de sol. Era tan sensible que incluso calculaba pequeñas irregularidades en la órbita de la Luna. Las traducciones de las inscripciones del aparato relatan el movimiento de Mercurio, Venus, Marte, Saturno y Júpiter, los planetas conocidos por los antiguos, pero se cree que otra parte perdida del mecanismo podía trazar realmente el movimiento de los planetas en los cielos. Desde entonces, los científicos han replicado elaborados modelos del interior del aparato, que han proporcionado a los historiadores una visión sin precedentes de los conocimientos y la mente de los antiguos. El dispositivo auguró el nacimiento de una rama completamente nueva de la ciencia, que utiliza herramientas mecánicas para simular el universo. Se trataba del ordenador analógico más antiguo del mundo, un dispositivo capaz de calcular utilizando movimientos mecánicos continuos. De manera que el objetivo del primer ordenador del mundo era simular los cuerpos celestes, reproducir los misterios del cosmos en un dispositivo que se pudiera sostener en las manos. En lugar de limitarse a contemplar con asombro el cielo nocturno, estos científicos de la Antigüedad querían comprender su funcionamiento en detalle, lo que les permitía una visión sin precedentes del movimiento de los cuerpos celestes en los cielos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 205

Los arqueólogos descubrieron que el mecanismo de Anticitera representaba la cúspide de nuestros primitivos intentos de simular el cosmos. De hecho, este mismo deseo ancestral de reproducir el mundo que nos rodea es una de las fuerzas que impulsan el ordenador cuántico, que representa el último esfuerzo en el viaje de dos mil años para intentar simularlo todo, desde el cosmos hasta el propio átomo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 26

La simulación es uno de los deseos humanos más profundos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 26

A Lovelace se la conoce por ayudar a Babbage a introducir varios conceptos nuevos en la computación. Por lo general, un ordenador mecánico requería un conjunto de engranajes para calcular cifras una a una, lenta y laboriosamente. Pero para generar a la vez tablas con miles de números matemáticos (como logaritmos, tipos de interés y cartas de navegación) se necesitaba un conjunto de instrucciones que guiaran a la máquina a lo largo de muchas iteraciones. En otras palabras, se precisaba de un software que guiara la secuencia de cálculos en el hardware. Así que escribió una serie de instrucciones detalladas para que la máquina pudiera generar sistemáticamente los llamados «números de Bernoulli», esenciales para los cálculos que realizaba. Lovelace fue, en cierto sentido, la primera programadora del mundo. Los historiadores coinciden en que Babbage probablemente era consciente de la importancia del software y la programación, pero las detalladas notas que ella escribió en 1843 constituyen la primera descripción publicada de un programa informático. Asimismo, Lovelace reconoció que el ordenador no solo era capaz de manipular números, como pensaba Babbage, sino que podía generalizarse para describir conceptos simbólicos en una amplia gama de ámbitos. El autor Doron

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 28

El trabajo de Turing se basa en algo llamado «determinismo», es decir, la idea de que el futuro está determinado de antemano. Esto significa que, si introducimos un problema en una máquina de Turing, obtendremos siempre la misma respuesta. En este sentido, todo es predecible. Por tanto, si el universo fuera una máquina de Turing, todos los acontecimientos futuros se habrían determinado en el instante de su nacimiento.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 39

Richard Feynman era único. Probablemente nunca habrá otro físico como él. Por un lado, era un carismático showman, al que le encantaba divertir al público con extravagantes historias de su pasado y de sus estrafalarias travesuras. Con su rudo acento, sonaba como un camionero contando batallitas pintorescas sobre su vida. Se enorgullecía de ser un experto en forzar cerraduras y abrir cajas fuertes, e incluso consiguió abrir la que contenía el secreto de la bomba atómica mientras trabajaba en Los Álamos (con lo que puso en marcha una gran alarma). Siempre interesado en experimentos nuevos y estrambóticos, una vez se encerró en una cámara hiperbárica para averiguar si podía abandonar su cuerpo y verse flotando desde la distancia. Y le encantaba tocar los bongos a todas horas. Al escucharle, uno casi olvidaba que había ganado el Premio Nobel de Física en 1965 y que probablemente fuera uno de los mejores físicos de su generación, pues sentó las complejas bases de una teoría relativista de los electrones que interactúan con los fotones. Esta teoría, llamada «electrodinámica cuántica», tiene una precisión de una parte en diez mil millones, por lo que es la más exitosa de todas las mediciones cuánticas que se han hecho. Otros físicos escuchaban atentamente cada una de las palabras de Feynman, con la esperanza de absorber las ideas que, quizá, también podrían darles fama y gloria.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 64

Por encima de todo, Feynman era un visionario. Se dio cuenta de que los ordenadores eran cada vez de menor tamaño, así que se planteó una sencilla pregunta: ¿cómo de pequeño se puede hacer un ordenador? Comprendió que, en el futuro, los transistores serían tan diminutos que llegarían a tener el tamaño de un átomo. De hecho, pensó que la próxima meta de la física podía ser la creación de máquinas tan pequeñas como átomos, siendo así el pionero de un campo en expansión al que ahora denominamos «nanotecnología». ¿Qué límite impone la mecánica cuántica a las pinzas, martillos y llaves del tamaño de átomos? ¿Cuál es el límite último de un ordenador que computa con transistores del tamaño de átomos? Feynman se dio cuenta de que en el reino atómico son posibles nuevos y fantásticos inventos. Las leyes actuales de la física, que utilizamos a escala macroscópica, se quedan obsoletas a escala atómica, y tenemos que abrir nuestra mente a posibilidades del todo nuevas. Sus ideas se expresaron por primera vez en una conferencia que pronunció ante la Sociedad Americana de Física en el Caltech en 1959, titulada «There’s Plenty of Room at the Bottom», en la que se anticipaba al nacimiento de una nueva ciencia. En el vanguardista artículo resultante, se preguntaba: «¿Por qué no podemos escribir los veinticuatro volúmenes completos de la enciclopedia en la cabeza de un alfiler?». Su idea básica era sencilla: crear máquinas diminutas que pudieran «ordenar los átomos como quisiéramos». Cualquier herramienta que utilicemos en nuestro taller se miniaturizaría al tamaño de las partículas fundamentales. La madre naturaleza manipula átomos todo el tiempo. ¿Por qué no íbamos a poder hacerlo nosotros? Resumió su idea de los ordenadores cuánticos diciendo: «La naturaleza no es clásica, maldita sea, y, si quieres simularla, mejor que lo hagas mediante mecánica cuántica».

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 65

Se trata de una observación profunda. Los ordenadores digitales clásicos, por muy potentes que sean, nunca podrán simular de manera satisfactoria un proceso cuántico. (A Bob Sutor, vicepresidente de IBM, le gusta hacer esta comparación: para que un ordenador clásico recreara una simulación unívoca de una molécula simple, como la cafeína, se necesitarían 1048 bits de información. Esta enorme cifra equivale al 10 por ciento del número de átomos que componen el planeta Tierra. Por tanto, los ordenadores clásicos no pueden simular con éxito ni siquiera moléculas sencillas). En su artículo, Feynman presentó una serie de ideas sorprendentes. Propuso un robot tan pequeño que podría flotar en el torrente sanguíneo y tratar problemas de salud. A esto lo llamó «tragarse al médico». Funcionaría como un glóbulo blanco, recorriendo el cuerpo en busca de bacterias y virus que eliminar. También realizaría cirugías mientras circula por el organismo. De este modo, la medicina se practicaría desde dentro del cuerpo, no desde fuera. No habría que cortar la piel ni preocuparse por el dolor y las infecciones. Su visión fue profética; llegó incluso a afirmar que algún día sería posible inventar un supermicroscopio para «ver» átomos. (En realidad, esto se inventó más tarde, en 1981, unas décadas después de que él hiciera dicha predicción, en forma del microscopio de efecto túnel de barrido). Su visión resultaba tan fantástica que su discurso fue ignorado durante décadas. Una pena, porque se adelantó en mucho a su tiempo. Y, sin embargo, un buen número de sus predicciones se han cumplido. Incluso ofreció un premio de mil dólares a quien pudiera alcanzar alguno de estos dos logros: el primer reto consistía en miniaturizar una página de un libro de modo que solo pudiera verse a través de un microscopio electrónico; el segundo consistía en crear un motor eléctrico que cupiera en un cubo de 1/64 pulgadas. (Dos inventores reclamaron posteriormente ambos premios, aunque no cumplían los requisitos precisos del concurso). Otra de sus predicciones ha sido posible gracias al descubrimiento de nanomateriales como el grafeno, una lámina de carbono de un átomo de grosor. Este fue descrito por dos científicos rusos que trabajaban en Mánchester, Andre Geim y Konstantín Novosélov, que observaron que la cinta adhesiva podía desprender una fina capa de grafito. Al repetir este proceso, vieron que era posible extraer una única capa de carbono de un átomo de grosor. Por este sencillo, pero notable avance, ganaron el Premio Nobel en 2010. Los átomos de carbono están tan apretados en una matriz simétrica que es la sustancia más fuerte conocida por la ciencia, más que el diamante. Una lámina de grafeno es tan resistente que, si un elefante se subiera a la punta de un lápiz y se apoyara el lápiz en una lámina de grafeno, esta no se rompería.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 66

Como físico, trabajo con versiones relativistas de la ecuación de Schrödinger, lo que se llama «teoría cuántica de campos», es decir, la teoría cuántica de partículas subatómicas a altas energías. Lo primero que hago cuando realizo cálculos con ella es seguir los pasos de Feynman y empezar con la acción. A continuación, calculo todos los caminos posibles para obtener las ecuaciones de movimiento. Así, el enfoque de la integral de caminos de Feynman, en cierto sentido, se ha tragado toda la teoría cuántica de campos. Pero este formalismo no es solo un truco; también tiene profundas implicaciones para la vida en la Tierra. Antes hemos visto que los ordenadores cuánticos deben mantenerse a una temperatura cercana al cero absoluto. Pero la madre naturaleza puede llevar a cabo reacciones cuánticas maravillosas a temperatura ambiente (como la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno para fertilizantes). Según la física clásica, hay tanto ruido y agitación entre los átomos a temperatura ambiente que muchos procesos químicos deberían ser imposibles en esas condiciones. En otras palabras, la fotosíntesis vulnera las leyes de Newton. Así, ¿cómo resuelve la madre naturaleza el problema de la decoherencia, el más complicado en los ordenadores cuánticos, para que la fotosíntesis tenga lugar a temperatura ambiente? Sumando todos los caminos. Como demostró Feynman, los electrones pueden «rastrear» todas las trayectorias posibles para realizar su milagroso trabajo. En otras palabras, la fotosíntesis, y por tanto la vida misma, puede ser un subproducto del enfoque de la integral de caminos de Feynman.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 72

UNIVERSOS PARALELOS

Pero Deutsch no solo es conocido por desarrollar el concepto de ordenador cuántico, sino que también se toma en serio las profundas cuestiones filosóficas que este plantea. En la habitual interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, se tiene que hacer una observación para finalmente determinar dónde se encuentra un electrón. Antes de realizarla, dicha partícula está en una mezcla difusa de varios estados. Pero, cuando se mide el estado del electrón, la función de onda «colapsa» mágicamente en un estado físico. Así es como se extraen respuestas numéricas de un ordenador cuántico. Pero este colapso ha atormentado a los físicos cuánticos durante el último siglo. Este proceso de la onda parece extraño, rebuscado y artificial, y sin embargo es crucial porque permite salir del mundo cuántico y entrar en el nuestro, el mundo macroscópico. ¿Por qué llama la atención justo cuando decidimos mirarlo? Es el puente entre el micromundo y el macromundo, pero contiene enormes discrepancias filosóficas. Aun así, funciona. Nadie puede negarlo. Pero muchos científicos se sienten incómodos al saber que todo nuestro conocimiento sobre el mundo se erige sobre cimientos inseguros, como arenas movedizas que un día podrían desaparecer. En las últimas décadas se han hecho numerosas propuestas para aclarar este problema. Quizá la más escandalosa de ellas fuera la realizada en 1956 por el estudiante de posgrado Hugh Everett. Recordemos que la teoría cuántica puede resumirse aproximadamente en cuatro amplios principios. El último es el punto conflictivo, en el que «colapsamos» la función de onda para decidir en qué estado se encuentra el sistema. La propuesta de Everett fue atrevida y controvertida: su teoría indica simplemente que se elimine la última afirmación, que dice que la onda «colapsa», para que nunca lo haga. Cada posible solución continúa existiendo en su propia realidad, produciendo, como se denomina la teoría, «muchos mundos». Como un río que se ramifica en afluentes más pequeños, las diversas ondas del electrón siguen propagándose alegremente, dividiéndose una y otra y otra vez, ramificándose en otros universos por siempre. En otras palabras, existe un número infinito de universos paralelos, ninguno de los cuales colapsa jamás. Cada rama de este multiverso parece tan real como cualquier otra, pero representan todos los estados cuánticos posibles. El microcosmos y el macrocosmos obedecen, por tanto, a las mismas ecuaciones, puesto que ya no hay colapso ni «muro» que los separe. Por ejemplo, piense en una ola del océano. En realidad, en su interior está formada por miles de olas más pequeñas. La interpretación de Copenhague implica seleccionar solo una de ellas y desechar el resto. Pero la interpretación de Everett dice que hay que dejar que existan todas las olas. Así, continuarán ramificándose en olas más pequeñas, que a su vez se ramificarán en otras más. Esta idea es muy cómoda. No hay que preocuparse de que las olas «colapsen», porque no lo hacen. Así, esta formulación es más sencilla que la interpretación estándar de Copenhague. Es clara, elegante y extraordinariamente sencilla.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 74

UNIVERSOS PARALELOS

Sin embargo, las teorías de Everett y Deutsch cuestionan la naturaleza misma de la realidad. La interpretación de los muchos mundos da un vuelco a nuestra concepción de la existencia, y sus consecuencias son sobrecogedoras. Por ejemplo, piense en todas las veces que ha tenido que tomar una decisión crucial en la vida, como qué trabajo solicitar, con quién casarse o si tener hijos o no. Uno puede pasarse horas en una tarde de ocio pensando en lo que pudo haber sido y no fue. La interpretación de los muchos mundos dice que existe un universo paralelo con una copia de uno mismo viviendo una historia vital totalmente distinta. En un universo, puede ser multimillonario y estar pensando en su próxima aventura de revista. En otro, un mendigo preguntándose cómo obtendrá su próxima comida. O puede que viva en un punto intermedio, con un trabajo tedioso de ingresos bajos y estables, pero sin futuro. En cada universo, su copia insiste en que su mundo es el real y todos los demás son falsos. Ahora imagine esto a nivel cuántico. Cada acción atómica individual divide nuestro universo en múltiplos de sí mismo.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 75

David Deutsch se toma en serio estos conceptos alucinantes. ¿Por qué son tan potentes los ordenadores cuánticos?, se pregunta. Porque los electrones calculan simultáneamente en universos paralelos. Interactúan e interfieren entre sí a través del entrelazamiento. Por eso pueden superar con rapidez a un ordenador tradicional, que calcula en un único universo.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 81

RESUMEN DE LA TEORÍA CUÁNTICA

Recapitulemos ahora todas las extrañas características de la teoría cuántica que hacen posibles los ordenadores cuánticos.

1.Superposición. Antes de observar un objeto, este existe en muchos estados posibles. Así, un electrón puede estar en dos ubicaciones al mismo tiempo. Esto aumenta enormemente la potencia de un ordenador, ya que se dispone de más estados con los que calcular.

2.Entrelazamiento. Cuando dos partículas son coherentes y se separan, aún pueden influirse mutuamente. Esta interacción se produce al instante, lo cual permite que los átomos se comuniquen entre sí, incluso cuando se separan. Esto significa que la potencia de los ordenadores crece exponencialmente a medida que se añaden más y más cúbits que pueden interactuar entre sí, mucho más rápido que en los ordenadores ordinarios.

3.Suma de caminos. Cuando una partícula se mueve entre dos puntos, suma todas las trayectorias posibles que los conectan. El camino más probable es el clásico, no cuántico, pero todos los demás también contribuyen a la trayectoria cuántica final de la partícula. Esto significa que incluso los caminos extremadamente improbables pueden llegar a ser reales. Quizá las trayectorias de las moléculas que crearon la vida se dieran gracias a este efecto, posibilitando así la existencia.

4.Efecto túnel. Ante una gran barrera energética, normalmente una partícula no consigue atravesarla. Sin embargo, en mecánica cuántica, existe la pequeña pero finita probabilidad de hacer un «túnel» y penetrar la barrera. Esta podría ser la razón por la que las complejas reacciones químicas de la vida son posibles a temperatura ambiente, incluso sin grandes cantidades de energía.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 64

La ventaja clave de un ordenador cuántico es el tiempo.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 85

Uno de los puntos centrales de investigación es descubrir la mecánica cuántica que subyace al origen de la vida, lo que ayudará a desvelar el misterio de la fotosíntesis, alimentar al planeta, proporcionar energía a la sociedad y tratar enfermedades incurables.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 100

En 1944, Erwin Schrödinger, ya famoso por su ecuación de onda, escribió un libro fundamental, ¿Qué es la vida? En él hacía la asombrosa afirmación de que la vida era un subproducto de la mecánica cuántica y que su esquema estaba codificado en una molécula desconocida. En una época en que muchos científicos seguían creyendo que una misteriosa fuerza vital animaba toda la materia viva, afirmó que la vida podía explicarse aplicando la física cuántica. Al examinar las soluciones de su ecuación de onda, conjeturó que la vida podía surgir de la pura matemática, en forma de un código transmitido a través de esta molécula misteriosa.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 104

Lo que impulsa la vida en este planeta es la fotosíntesis, el proceso aparentemente sencillo por el que las plantas convierten el dióxido de carbono, la luz solar y el agua en azúcar y oxígeno. Es impresionante darse cuenta de que la fotosíntesis crea quince mil toneladas de biomasa por segundo, las cuales se encargan de cubrir la tierra de vegetación. Si bien la vida sería inimaginable sin la fotosíntesis, a pesar de todos nuestros avances científicos, los biólogos aún no están del todo seguros de cómo se produce este esencial proceso. Algunos creen que, dado que la captura de un fotón de energía mediante la fotosíntesis tiene una eficiencia próxima al 100 por ciento, en ella debe de intervenir la mecánica cuántica (pero, si se calcula la eficiencia global para convertir la luz en el producto final que son el combustible y la biomasa, lo que exige una serie de pasos complejos e intrincadas reacciones químicas, entonces el resultado desciende hasta el 1 por ciento). De ser algún día los ordenadores cuánticos capaces de resolver el secreto de la fotosíntesis, sería posible fabricar células fotovoltaicas con una eficiencia casi perfecta, lo cual haría realidad la era solar. También podríamos aumentar el rendimiento de los cultivos para alimentar a un planeta hambriento. Tal vez se podría modificar la fotosíntesis para que las plantas prosperasen incluso en entornos hostiles o incluso, si algún día iniciamos la colonización de Marte, alterar este proceso para que la vegetación pueda prosperar en el planeta rojo.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 115

Una sorprendente vía de investigación es la llamada «fotosíntesis artificial», con la que algún día podríamos obtener una «hoja artificial», una forma más versátil de fotosíntesis que podría hacer que las plantas fueran en general más eficientes. A veces olvidamos que este proceso es el producto último de miles de millones de años de interacciones químicas completamente aleatorias y caóticas, y que ha desarrollado estas extraordinarias propiedades por pura casualidad. Por eso, una vez que los ordenadores cuánticos desvelen el misterio de la fotosíntesis a nivel cuántico, quizá seríamos capaces de mejorar y modificar la forma en que crecen las plantas. Miles de millones de años de evolución vegetal podrían comprimirse en unos pocos meses en un ordenador cuántico.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 116

A lo largo de la historia, las plantas han sido un misterio.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 117

Para empezar, ¿cómo captan las plantas la energía de los fotones? ¿Qué es lo que pone en marcha esta larga cadena de acontecimientos que comienza con la captación de la energía de la luz solar? Hoy sigue siendo un misterio.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 118

LA MECÁNICA CUÁNTICA DE LA FOTOSÍNTESIS

Muchos científicos creen que la fotosíntesis es un proceso cuántico. Comienza cuando los fotones, paquetes discretos de luz, golpean una hoja que contiene clorofila. Esta molécula especial absorbe la luz roja y la azul, pero no la verde, que se dispersa en el entorno. Por tanto, el color de las plantas se debe a que no absorben el verde (si la naturaleza hubiera creado vegetales que absorbieran toda la luz posible, las plantas serían negras, en lugar de verdes). Cuando la luz incide en una hoja, lo esperable sería que se dispersase en todas direcciones y se perdiera para siempre. Pero aquí es donde ocurre la magia cuántica. El fotón incide en la clorofila, lo que crea unas vibraciones energéticas en la hoja llamadas «excitones», que de algún modo atraviesan la superficie de la misma. Finalmente, estos penetran lo que se denomina un «centro de reacción», en la superficie de la hoja, donde la energía del excitón se utiliza para convertir el dióxido de carbono en oxígeno. Según la segunda ley de la termodinámica, cuando la energía se transforma de una forma a otra, gran parte de ella se pierde en su entorno. Así que es de esperar que buena parte de la energía del fotón se disipe al chocar con la molécula de clorofila y, por tanto, se pierda durante este proceso en forma de calor residual. En cambio, milagrosamente, la energía del excitón es transportada al centro de reacción sin apenas pérdida alguna. Por razones que aún no se comprenden, este proceso tiene una eficiencia de casi el 100 por ciento. Este fenómeno por el que los fotones crean excitones que se agrupan en centros de reacción sería como un torneo de golf en el que cada participante lanza una bola al azar en todas direcciones. Entonces, como por arte de magia, todas ellas cambiarían de dirección de alguna manera y lograrían un hoyo en uno cada vez. Aunque esto no tendría que ocurrir, puede realmente medirse en el laboratorio. Una teoría es que el viaje del excitón es posible gracias a las integrales de camino, que, como hemos visto anteriormente, fueron introducidas por Richard Feynman. Recordemos que el estadounidense reescribió las leyes de la teoría cuántica en términos de caminos. Cuando un electrón se desplaza de un punto a otro, de alguna manera escudriña todos los trayectos posibles entre ambos y luego calcula una probabilidad para cada ruta. Por tanto, se podría decir que el electrón es «consciente» de todos los caminos posibles que conectan dichos puntos, lo cual significa que «elige» el trayecto más eficiente. También hay aquí un segundo misterio. El proceso de fotosíntesis tiene lugar a temperatura ambiente, donde los movimientos aleatorios de los átomos en el entorno deberían destruir cualquier coherencia entre los excitones. Normalmente, los ordenadores cuánticos tienen que enfriarse hasta casi el cero absoluto para minimizar estos movimientos caóticos, pero las plantas funcionan a la perfección a temperaturas normales. ¿Cómo es posible?

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 118

Los científicos ansiosos por aplicar los ordenadores cuánticos al problema de sustituir el ineficiente proceso Haber-Bosch han comprendido que necesitan entender cómo fija el nitrógeno la madre naturaleza. El método de Haber rompía los enlaces del nitrógeno aplicando altas temperaturas y una enorme presión desde el exterior. Esto es lo que lo hace tan ineficiente. Pero la naturaleza lo logra a temperatura ambiente, sin hornos ni compresores de alta temperatura. ¿Cómo puede una humilde planta de cacahuetes hacer lo que normalmente requiere una enorme central química?

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 130

Microsoft no ve la hora de resolver el problema de la fijación del nitrógeno. De hecho, ya está utilizando ordenadores cuánticos de primera generación para tratar de desentrañar el misterio de este proceso. Las implicaciones son profundas, con el potencial de crear una segunda revolución verde y alimentar a una población mundial en rápido crecimiento con menores costes energéticos. De lo contrario, como hemos visto, los efectos secundarios podrían ser desastrosos y desembocar en disturbios, hambrunas y guerras. Recientemente, Microsoft sufrió un revés cuando algunos resultados experimentales sobre cúbits topológicos no salieron bien, aunque para los verdaderos creyentes en los ordenadores cuánticos eso no es más que un bache. De hecho, el consejero delegado de Google, Sundar Pichai, afirmó recientemente que cree que dichos sistemas podrían mejorar el proceso Haber-Bosch en una década. Los ordenadores cuánticos serán esenciales para analizar este importante proceso químico en varios sentidos: Podrían ayudar a dilucidar este complejo proceso, átomo por átomo, resolviendo la ecuación de onda de los diversos componentes de la nitrogenasa. Esto permitiría esclarecer todos los pasos que faltan en el proceso de fijación del nitrógeno. Podrían probar de manera virtual distintas formas de romper el enlace del N2, aparte de la fuerza bruta o la catálisis. Podrían simular lo que ocurriría si sustituyéramos varios átomos y proteínas por otros, para ver si se puede hacer que el proceso de fijación del nitrógeno sea más eficiente, consuma menos energía y contamine menos, empleando diferentes sustancias químicas. Podrían probar diversos catalizadores nuevos para ver si son capaces de acelerar el proceso. Podrían probar distintas versiones de la nitrogenasa, con diferentes disposiciones de las cadenas proteicas, para ver si se pueden mejorar sus propiedades catalíticas. De modo que, si Microsoft y los demás resolvieran el misterio de la fijación del nitrógeno, esto podría tener un enorme impacto en nuestro suministro de alimentos. Pero los científicos tienen otros sueños para los ordenadores cuánticos. No solo quieren resolver el problema de la producción energéticamente eficiente de alimentos, sino también comprender la naturaleza de la propia energía. ¿Podrán los ordenadores cuánticos resolver la crisis energética?

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 135

El problema es que, al igual que con los diseños de baterías desde los tiempos de Volta, la estrategia básica de la medicina no ha cambiado demasiado desde la época de Fleming. Básicamente, seguimos probando a ciegas varios candidatos contra gérmenes dentro de una placa de Petri. Hoy en día, gracias a la automatización, la robótica y las líneas mecanizadas, miles de estos recipientes con distintos tipos de enfermedades se pueden exponer a prometedores fármacos de una sola vez, imitando el enfoque básico iniciado por Fleming hace cien años. Desde entonces, nuestra estrategia ha sido la siguiente: Probar una sustancia prometedora → Determinar si mata bacterias → Identificar el mecanismo Los ordenadores cuánticos podrían dar un vuelco total a este proceso al acelerar la búsqueda de nuevos fármacos que salven vidas. Son tan potentes que algún día podrían guiarnos de manera sistemática hacia formas inéditas de destruir bacterias. En lugar de pasarnos décadas probando distintos fármacos, diseñaríamos rápidamente nuevos medicamentos en la memoria de un ordenador cuántico. Esto implica invertir el orden de la estrategia: Identificar el mecanismo → Determinar si mata bacterias → Probar la sustancia prometedora Si, por ejemplo, se desentraña a nivel molecular el mecanismo básico por el que estos antibióticos acaban con los gérmenes, se podría utilizar ese conocimiento para crear nuevos fármacos. Esto significa que, en primer lugar, se parte del mecanismo deseado, como romper la pared celular de la bacteria, y luego se utilizan ordenadores cuánticos para determinar que se logra hacer esto encontrando puntos débiles en dicha capa. A continuación, se prueban distintos fármacos que puedan llevar a cabo esta función y, por último, se centra la atención en el puñado que realmente sirva contra la bacteria. Por ejemplo, simular la molécula de penicilina con un ordenador convencional supone un enorme desafío. Para ello se necesitarían 1086 bits de memoria, una capacidad muy superior a la de cualquier ordenador digital. Sin embargo, esto sí está al alcance de uno cuántico. Así que intentar descubrir nuevos fármacos analizando su comportamiento molecular puede ser un objetivo primordial para los ordenadores cuánticos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 158

Intentar descubrir nuevos fármacos analizando su comportamiento molecular puede ser un objetivo primordial para los ordenadores cuánticos.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 151

DESCIFRAR EL SISTEMA INMUNITARIO

Las vacunas han demostrado que nuestro propio sistema inmunitario es una defensa potente contra las enfermedades infecciosas, pero los científicos saben muy poco sobre su funcionamiento real. Aún estamos aprendiendo aspectos nuevos y sorprendentes sobre el sistema inmunitario. Por ejemplo, ahora los científicos saben que muchas enfermedades no atacan de manera directa al organismo. La epidemia de gripe de 1918 mató a más personas que todas las que murieron en la Primera Guerra Mundial. Lamentablemente, no se conservaron muestras del virus, así que resulta difícil analizarlo y determinar cómo mataba. Pero hace varios años un equipo científico visitó el Ártico, donde examinó los cuerpos de personas que murieron por este virus y se conservaron en el permafrost. Lo que descubrieron fue interesante. La enfermedad no mataba directamente a su víctima, sino que sobreestimulaba su propio sistema inmunitario, el cual empezaba a inundar el cuerpo con sustancias químicas peligrosas con la esperanza de matar el virus. Esta tormenta de citoquinas es lo que finalmente acababa con la vida del paciente. Así, el principal asesino era en realidad el propio sistema inmunitario del cuerpo, que estaba desquiciado. Algo parecido se descubrió con la covid-19. Cuando una persona ingresa en el hospital, su situación inicial puede no parecer grave. Pero en las últimas fases de la enfermedad, cuando se desencadena la tormenta de citoquinas, las peligrosas sustancias químicas que inundan el cuerpo terminan por provocar el fallo de los órganos. Si no se trata, a menudo se produce la muerte. En el futuro, los ordenadores cuánticos podrían proporcionar una visión sin precedentes de la biología molecular del sistema inmunitario. Esto presentaría numerosas formas de desactivarlo o reducir su actividad para que no nos mate en caso de infección grave.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 156

Los ordenadores cuánticos también pueden resultar fundamentales para determinar las propiedades de un virus a medida que muta.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 157

Los antibióticos y las vacunas son la base de la medicina moderna. Pero los primeros suelen hallarse por ensayo y error, y las segundas se limitan a estimular el sistema inmunitario para que cree anticuerpos con que combatir un virus. Así que uno de los objetivos de la medicina moderna es desarrollar nuevos antibióticos, y el otro, comprender la respuesta inmunitaria del organismo, que es nuestra primera línea de defensa contra los virus y también contra uno de los mayores asesinos de todos los tiempos, el cáncer. Si el misterio que rodea a nuestro sistema inmunitario pudiese resolverse utilizando ordenadores cuánticos, entonces también conseguiríamos la forma de atacar algunas de las mayores enfermedades incurables, como ciertas formas de cáncer, el alzhéimer, el párkinson y la ELA. Estas causan unos daños a nivel molecular que solo los ordenadores cuánticos pueden desentrañar y ayudar a combatir.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 158

EDICIÓN GENÉTICA Y CURACIÓN DEL CÁNCER

En 1971, el presidente Richard Nixon anunció a bombo y platillo la guerra contra el cáncer. La medicina moderna, según declaró, acabaría por fin con este gran azote de la humanidad. Pero, años más tarde, cuando los historiadores evaluaron este esfuerzo, el veredicto fue claro: el cáncer había ganado. Sí, se produjeron avances graduales en la lucha mediante cirugía, quimioterapia y radioterapia, pero el número de muertes por esta enfermedad continuaba resultando obstinadamente alto. El cáncer sigue siendo la segunda causa de muerte en Estados Unidos, después de las enfermedades cardiovasculares. A nivel mundial, mató a 9,5 millones de personas en 2018. El problema fundamental de la guerra contra el cáncer era que los científicos no sabían de qué se trataba este realmente. Había un intenso debate sobre si esta temida enfermedad estaba causada por un único factor o por un confuso conjunto de ellos, como la dieta, la contaminación, la genética, los virus, la radiación, el tabaquismo o simplemente la mala suerte. Varias décadas más tarde, los avances en genética y biotecnología han revelado por fin la respuesta. En el nivel más básico, el cáncer es una enfermedad de nuestros genes, pero puede desencadenarse por tóxicos ambientales, radiación y otros factores, o por simple mala suerte. De hecho, el cáncer no es en absoluto una sola enfermedad, sino miles de tipos diferentes de mutaciones en nuestros genes. En la actualidad existen enciclopedias de los distintos tipos de cáncer que hacen que las células sanas proliferen de repente y maten al huésped. El cáncer es una enfermedad increíblemente diversa y extendida. De hecho, se ha encontrado en momias de miles de años de antigüedad y la referencia médica más antigua se remonta al año 3000 a. e. c. en Egipto. Pero no solo afecta a los humanos, sino que está presente en todo el reino animal. En cierto sentido, es el precio que pagamos por tener formas de vida compleja en la Tierra. Para crear una forma de vida compleja, con billones de células que llevan a cabo complicadas reacciones químicas en serie, algunas células tienen que morir mientras otras nuevas ocupan su lugar, lo que permite que el cuerpo crezca y se desarrolle. Muchas de las células de un bebé deben acabar muriendo para preparar el camino a las del adulto. Esto significa que las células están programadas genéticamente para morir por necesidad, para sacrificarse con el fin de crear nuevos tejidos y órganos complejos. Esto se denomina «apoptosis». Aunque esta muerte celular programada forma parte del desarrollo saludable del organismo, a veces los errores pueden desactivar estos genes accidentalmente, de modo que la célula continúa reproduciéndose y prolifera de forma descontrolada. No puede dejar de multiplicarse y, en ese sentido, las células cancerosas son inmortales. De hecho, esa es la razón por la que pueden matarnos, al crecer de manera incontrolada y crear tumores que acaban por paralizar las funciones corporales vitales. En otras palabras, las células cancerosas son células ordinarias que han olvidado cómo morir. A menudo, el cáncer tarda muchos años o décadas en formarse. Por ejemplo, si de niño sufrió una quemadura solar grave, puede padecer cáncer de piel en ese mismo lugar décadas más tarde. Esto se debe a que se necesita más de una mutación para desarrollar cáncer. Muchas veces, se precisan años o décadas de mutaciones acumuladas, las cuales terminarán por inhabilitar la capacidad de la célula para controlar su reproducción. Pero, si el cáncer es tan mortal, ¿por qué la evolución no se deshizo de estos genes defectuosos hace millones de años mediante selección natural? La respuesta es que, por lo general, el cáncer se propaga una vez superada nuestra edad reproductiva, por lo que la presión evolutiva para eliminar los genes cancerígenos es menor. A veces olvidamos que la evolución avanza mediante la selección natural y el azar. Por tanto, por muy maravillosos que sean los mecanismos moleculares que hacen posible la vida, son el subproducto de mutaciones aleatorias a lo largo de miles de millones de años de ensayo y error. De ahí que no podamos esperar que nuestro cuerpo organice una defensa perfecta contra las enfermedades mortales. Dado el abrumador número de mutaciones que intervienen en el cáncer, puede que hagan falta ordenadores cuánticos para cribar esta montaña de información e identificar las causas profundas de la enfermedad, pues estos sistemas son ideales para atacar una enfermedad que se manifiesta de tantas y tan confusas formas. Puede que, con el tiempo, ofrezcan un campo de batalla completamente nuevo en el que enfrentarnos a enfermedades incurables como el cáncer, el alzhéimer, el párkinson y la ELA, entre otras.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 159

En la actualidad, las biopsias líquidas detectan hasta cincuenta tipos distintos de cáncer. En una visita normal al médico se podrían llegar a hallar cánceres años antes de que sean mortíferos. En el futuro, incluso el inodoro de su cuarto de baño podría ser lo bastante sensible como para detectar los signos de células cancerosas, enzimas y genes circulando en sus fluidos corporales, de modo que esta enfermedad no sería más letal que el resfriado común. Cada vez que fuera al baño, se sometería de forma inconsciente a una prueba de detección del cáncer. El «inodoro inteligente» podría ser nuestra primera línea de defensa.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 163

Aunque miles de mutaciones diferentes pueden causar cáncer, los ordenadores cuánticos aprenderían a identificarlas, de modo que un simple análisis de sangre fuera capaz de detectar decenas de posibles cánceres. Tal vez nuestro genoma sería leído diaria o semanalmente y explorado por distantes ordenadores cuánticos en busca de indicios de mutaciones nocivas. Esto no es una cura para el cáncer, pero permitiría evitar que se extienda para que no sea más peligroso que un simple catarro.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 163

Muchas personas se hacen una sencilla pregunta: «¿Por qué no podemos curar el resfriado común?». En realidad, sí podemos. Pero, como hay más de trescientos rinovirus capaces de causar un catarro, y estos mutan constantemente, no tiene sentido desarrollar trescientas vacunas para dar con este fugaz blanco. Nos limitamos a convivir con él. Este puede ser el futuro de la investigación sobre el cáncer. En lugar de ser una sentencia de muerte, podría llegar a considerarse una molestia y nada más. Son tantos los genes cancerígenos que quizá resultara poco práctico desarrollar tratamientos para todos ellos, pero si podemos detectarlos con ordenadores cuánticos años antes de que se extiendan, cuando no son más que una pequeña colonia de unos pocos cientos de células cancerosas, entonces sería posible detener su progresión. En otras palabras, puede que en el futuro sigamos teniendo cáncer, pero quizá solo en raras ocasiones mate a alguien.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 163

Otra forma de detectar el cáncer en sus primeras fases podría ser el uso de sensores para identificar los débiles olores que desprenden las células cancerosas. Algún día, tal vez su teléfono móvil cuenta con accesorios de detección y esté conectado a un ordenador cuántico en la nube, de manera que podría ayudarle a defenderse no solo del cáncer, sino de otras muchas enfermedades. Los ordenadores cuánticos analizarían los datos de millones de «narices robóticas» en todo el país para detener el cáncer en seco.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 164

Lista de algunas de las enfermedades genéticas que se están tratando actualmente con CRISPR (siglas en inglés de repeticiones palindrómicas cortas, agrupadas y regularmente interespaciadas):

1. Cáncer

En la Universidad de Pennsylvania, los científicos lograron utilizar CRISPR para eliminar tres genes que permiten a las células cancerosas eludir el sistema inmunitario del organismo. A continuación, añadieron otro gen que puede ayudar a nuestras defensas a reconocer tumores. Los científicos comprobaron que el método era seguro, incluso cuando se utilizaba en pacientes con cáncer avanzado.

Además, CRISPR Therapeutics está realizando una prueba en ciento treinta pacientes con leucemia. Estos están siendo tratados con inmunoterapia, que utiliza CRISPR para modificar su ADN.

2. Anemia falciforme

CRISPR Therapeutics también está extrayendo células madre de la médula ósea de pacientes con anemia falciforme. Entonces, utiliza CRISPR para alterarlas, de manera que produzcan hemoglobina fetal. Las células tratadas se introducen de nuevo en el organismo.

3. Sida

Un pequeño número de individuos nacen con una inmunidad natural al sida debido a una mutación en su gen CCR5. Normalmente, la proteína producida por este crea un punto de entrada para que el virus penetre en una célula. Sin embargo, en estas singulares personas, el gen CCR5 está mutado, por lo que el sida no puede infectar el organismo. En el caso de las personas sin esta mutación, los científicos están editando de modo deliberado el gen CCR5 con CRISPR para que el virus no pueda entrar en sus células.

4. Fibrosis quística

La fibrosis quística es una enfermedad respiratoria relativamente frecuente; las personas que la padecen rara vez superan los cuarenta años. Está causada por una mutación en el gen CFTR. En los Países Bajos, los médicos lograron utilizar CRISPR para reparar este gen sin provocar efectos secundarios. Otros grupos, como Editas Medicine, CRISPR Therapeutics y Beam Therapeutics, también planean tratar la fibrosis quística con esta tecnología génica.

5. Enfermedad de Huntington

Esta enfermedad genética suele causar demencia, trastornos mentales, alteraciones cognitivas y otros síntomas debilitantes. Se cree que algunas de las mujeres procesadas en los juicios por brujería de Salem, en 1692, padecían esta enfermedad. Es el resultado de una repetición del gen de Huntington a lo largo del ADN. Científicos del Hospital Infantil de Filadelfia están utilizando CRISPR para tratar esta enfermedad.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 174

Mientras que las enfermedades causadas por mutaciones mínimas son objetivos relativamente fáciles para CRISPR, otras como la esquizofrenia pueden implicar un gran número de mutaciones, aparte de interacciones con el entorno. Esta es otra de las razones por la que pueden ser necesarios los ordenadores cuánticos. Comprender cómo estas mutaciones provocan una enfermedad a nivel molecular puede requerir toda la potencia de los ordenadores cuánticos. Una vez que conozcamos el mecanismo molecular por el que determinadas proteínas causan enfermedades genéticas, podremos modificarlas o encontrar tratamientos más eficaces.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 175

Los ordenadores cuánticos servirían de muchas maneras en la lucha contra el cáncer. Algún día, las biopsias líquidas podrán detectar células cancerosas años o décadas antes de que se formen los tumores. De hecho, un día los ordenadores cuánticos podrían hacer posible un gigantesco depósito nacional de datos genómicos actualizados al minuto, utilizando nuestros cuartos de baño para estudiar a toda la población en busca de los primeros signos de células cancerosas. Pero, si el cáncer termina por formarse, los ordenadores cuánticos permitirían modificar nuestro sistema inmunitario para que este atacara cientos de tipos diferentes de cáncer. Una combinación de terapia génica, inmunoterapia, ordenadores cuánticos y CRISPR podría cortar y pegar genes cancerígenos con una precisión molecular, ayudando así a reducir los efectos secundarios, a menudo mortales, de la inmunoterapia. Además, es posible que un puñado de genes, como el p53, estén implicados en la inmensa mayoría de estos cánceres, por lo que la terapia génica combinada con los nuevos conocimientos obtenidos mediante los ordenadores cuánticos podría detenerlos en seco.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 177

RESTRICCIÓN CALÓRICA

A pesar de todos los remedios y tratamientos fraudulentos para aumentar nuestra esperanza de vida surgidos a lo largo de los siglos, hay un método que ha resistido la prueba del tiempo y que parece funcionar en todos los casos. La única forma demostrada de alargar la vida de un animal es mediante la restricción calórica. En otras palabras, si se ingiere un 30 por ciento menos de calorías, se puede vivir aproximadamente un 30 por ciento más, dependiendo del animal estudiado. Esta regla general se ha comprobado en una gran variedad de especies, desde insectos, ratones, perros y gatos hasta simios. Aquellos que ingieren menos calorías viven más tiempo que sus homólogos que se atiborran. Además, tienen menos enfermedades y sufren con menos frecuencia los problemas de la vejez, como el cáncer y la arteriosclerosis. Aunque esto se ha verificado entre miembros de todo el reino animal, hay uno, sin embargo, que no se ha analizado sistemáticamente de este modo hasta ahora: Homo sapiens (tal vez porque vivimos demasiado y nos quejaríamos de tener que llevar una dieta tan espartana que nos hiciera pasar más hambre que un ermitaño). Nadie sabe con exactitud por qué funciona, pero una teoría postula que comer menos reduce la tasa de oxidación, ralentizando así el proceso de envejecimiento.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 64

Los ordenadores cuánticos no solo podrían aislar los genes en los que se produce la mayor parte del envejecimiento, sino que también pueden hacer lo contrario: aislar los genes que se hallan en personas excepcionalmente ancianas pero sanas. Los demógrafos saben que existen los superancianos, es decir, individuos que parecen haber vencido las adversidades y tienen una vida saludable mucho más larga de lo esperado. Así que los ordenadores cuánticos, con el análisis de esta masa de datos en bruto, podrían encontrar los genes que indican un sistema inmunitario excepcionalmente sano y permitir a los ancianos alcanzar una edad muy avanzada evitando las enfermedades que podrían acabar con ellos. Desde luego, también hay individuos que envejecen tan rápido que mueren de viejos siendo niños. Enfermedades como el síndrome de Werner o progeria son una pesadilla, en la que los niños envejecen casi ante nuestros propios ojos. Rara vez viven más allá de los veinte o treinta años. Los estudios han demostrado que, entre otros problemas, tienen telómeros cortos, lo que puede contribuir en parte a su envejecimiento acelerado. (Por la misma razón, estudios sobre judíos asquenazíes han descubierto lo contrario, que los sujetos más longevos tenían una versión hiperactiva de la telomerasa, lo que podría explicar su larga vida). Además, las pruebas realizadas en personas mayores de cien años muestran que estas tienen un nivel significativamente más alto de la proteína reparadora del ADN llamada «poli (ADP-ribosa)» polimerasa que los individuos más jóvenes de entre veinte y setenta años. Esto indica que las personas más longevas disponen de mecanismos de reparación del ADN más potentes para revertir los daños genéticos y, por tanto, viven más tiempo. Dichos centenarios también tienen células que se parecen a las de personas mucho más jóvenes, lo que indica que el envejecimiento se ha ralentizado. Esto, a su vez, puede explicar el curioso hecho de que quienes alcanzan los ochenta años tienen mayores posibilidades de vivir más allá de los noventa, lo que puede deberse a que las personas con sistemas inmunitarios débiles mueren antes de cumplir los ochenta. Así, los individuos que superan esta edad tienen mecanismos de reparación del ADN más potentes, lo que puede prolongar su vida hasta los noventa y más. Así, los ordenadores cuánticos podrían aislar genes clave de varias categorías: Ancianos excepcionalmente sanos para su edad Personas con un sistema inmunitario capaz de combatir enfermedades comunes, lo que prolonga la vida Personas que han acumulado errores en sus genes que han acelerado el envejecimiento Personas que se han desviado significativamente de la norma, como los que han envejecido con una rapidez extraordinaria por enfermedades como el síndrome de Werner o progeria. Una vez aislados los genes asociados al envejecimiento, quizá CRISPR pueda corregir muchos de ellos. El objetivo es reparar aquellos en los que se produce la mayor parte del envejecimiento, utilizando ordenadores cuánticos para aislar los mecanismos moleculares exactos de ese proceso. En el futuro, tal vez se desarrolle un cóctel de diferentes fármacos y tratamientos que sea capaz de ralentizar y quizá invertir el envejecimiento. El efecto combinado de distintas intervenciones médicas actuando de forma concertada podría hacer retroceder las manecillas del tiempo. La clave está en que los ordenadores cuánticos podrán atacar el envejecimiento en el ámbito en el que tiene lugar: a nivel molecular.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 219

Nuestro futuro podría depender de nuestra capacidad para predecir las pautas meteorológicas y trazar planes de acción realistas. Estamos llegando al límite de la capacidad de los ordenadores convencionales, por lo que tendremos que recurrir a los cuánticos para que nos proporcionen una evaluación precisa del calentamiento global y nos den «partes meteorológicos virtuales» de posibles futuros, que permitan variar ciertos parámetros para ver cómo afectan al clima. Uno de estos informes meteorológicos virtuales puede albergar la clave del futuro de la civilización humana.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 226

Un asteroide cuya amenaza se está examinando detenidamente es Apophis, que mide unos trescientos metros de diámetro y rozará la atmósfera terrestre en abril de 2029. Se acercará al 10 por ciento de la distancia entre la Tierra y la Luna. De hecho, se acercará tanto a nosotros que será visible a simple vista, pues pasará justo por debajo de algunos de nuestros satélites artificiales. Al rozar la atmósfera, aquí se encontrará con unas condiciones impredecibles, por lo que resulta imposible saber con seguridad cómo será su trayectoria más adelante, en 2036, cuando regrese a la Tierra tras dar la vuelta. Lo más probable es que nos pase de largo para entonces, pero eso no es más que una suposición.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 258

Necesitamos ordenadores cuánticos para simular el impacto en sí, de modo que podamos obtener una estimación de la peligrosidad de estos objetos si llegaran a chocar con nosotros. Se espera que el impacto de un asteroide contra la Tierra tenga lugar a velocidades cercanas a los doscientos sesenta mil kilómetros por hora, y se sabe muy poco sobre el cálculo de la devastación que pueden desencadenar a estas velocidades hipersónicas. Los ordenadores cuánticos ayudarían a llenar este vacío para que sepamos qué esperar si la Tierra acaba en el punto de mira de un asteroide asesino que no seamos capaces de desviar o destruir.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 259

Con el tiempo, el Sol agotará su helio y se encogerá hasta convertirse en una estrella enana blanca, que solo tiene el tamaño de la Tierra, pero pesa casi tanto como el Sol original. Al enfriarse, se convertirá en una enana negra, una estrella muerta. Así que ese es el futuro de nuestro Sol, morir en el hielo, en lugar de en el fuego. Sin embargo, en el caso de las estrellas realmente masivas, aquellas en fase de gigante roja, estas seguirán fusionando elementos cada vez más pesados, hasta que al final alcancen el elemento hierro, que tiene tantos protones que se repelen entre sí y, por tanto, la fusión se detiene definitivamente. Así, sin fusión, la estrella colapsa por efecto de la gravedad, y las temperaturas pueden dispararse a billones de grados. En ese momento, la estrella explota en una supernova, uno de los mayores cataclismos de la naturaleza. Así que una estrella gigante puede morir en fuego, no en hielo. Por desgracia, aún hay muchas carencias en el cálculo del ciclo de vida de las estrellas, desde las nubes de gas hasta la supernova. Pero con los ordenadores cuánticos simulando el proceso de fusión quizá puedan aclararse muchas de ellas. Esto sería una prueba crucial ante otra ominosa amenaza: una erupción solar monstruosa capaz de lanzar a la civilización cientos de años atrás. Para predecir la aparición de una erupción solar letal, es necesario conocer la dinámica en el interior de una estrella, lo que está mucho más allá de la capacidad de un ordenador convencional.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 264

EVENTO CARRINGTON

Por ejemplo, sabemos muy poco sobre el interior de nuestro Sol y, por tanto, somos vulnerables a erupciones catastróficas de energía solar, en las que se liberan enormes cantidades de plasma supercaliente al espacio exterior. Fuimos conscientes de lo poco que sabemos del astro rey en febrero de 2022, cuando una gigantesca ráfaga de radiación solar golpeó la atmósfera terrestre y aniquiló cuarenta de los cuarenta y nueve satélites de comunicaciones situados en órbita por el programa SpaceX, de Elon Musk. Fue el mayor desastre solar de la historia moderna, y es probable que se repita, ya que nos queda mucho por aprender sobre estas eyecciones de masa coronal. La mayor erupción solar de la que se tiene constancia en la historia, llamada evento Carrington, tuvo lugar en 1859. En aquella época, ese monstruoso fenómeno provocó el incendio de los cables de telégrafo en gran parte de Europa y Norteamérica. Creó perturbaciones atmosféricas en todo el planeta, y la aurora boreal cubrió el cielo nocturno de Cuba, México, Hawái, Japón y China. Se podía leer el periódico por la noche en el Caribe a la luz de la aurora. En Baltimore, esta era más brillante que la luna llena.

Michio Kaku

Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 264

El evento Carrington ocurrió en la infancia de la era eléctrica. Desde entonces, se ha intentado reconstruir los datos y calcular lo que podría ocurrir si se produjera otro fenómeno similar en la era moderna. En 2013, investigadores del Lloyd’s de Londres y de la institución estadounidense AER (siglas en inglés del Instituto para la Investigación Atmosférica y Medioambiental) llegaron a la conclusión de que otro evento Carrington podría causar daños por valor de hasta 2,6 billones de dólares. La civilización moderna podría detenerse por completo. Haría caer nuestros satélites e internet, provocaría cortocircuitos en las líneas eléctricas, paralizaría todas las comunicaciones financieras y causaría apagones globales. Retrocederíamos unos ciento cincuenta años en el tiempo. Los equipos de rescate y los técnicos de reparación no podrían acudir en nuestra ayuda, porque también quedarían atrapados en el apagón global. Con la putrefacción de los alimentos perecederos, podrían incluso desencadenarse disturbios masivos y una desintegración del orden social e incluso de los gobiernos, ya que la gente buscaría alimentos desesperadamente. ¿Se repetirá? Sí. ¿Cuándo podría ocurrir? Nadie lo sabe. Una pista podría venir del análisis de anteriores eventos del tipo Carrington. Se han realizado estudios sobre la concentración de carbono-14 y berilio-10 en testigos de hielo, con la esperanza de hallar pruebas de erupciones solares prehistóricas. Los estudios han revelado la posibilidad de que ocurrieran en 774-775 e. c. y 993-994 e. c. De hecho, los datos de los testigos de hielo de la erupción de 774-775 e. c. indican que esta fue diez veces más energética que la del evento Carrington (y la de 993-994 e. c. fue tan intensa que dejó su huella en la madera antigua, que los historiadores han utilizado para datar los primeros asentamientos vikingos en América). Pero entonces, antes del comienzo de la era eléctrica, la civilización apenas se dio por enterada. La mayor erupción solar de la historia reciente tuvo lugar en 2001. Una enorme eyección de masa coronal se precipitó al espacio a 7,24 millones de kilómetros por hora. Afortunadamente, no alcanzó la Tierra. De lo contrario, podría haber causado daños generalizados en todo el planeta comparables a los del evento Carrington. Los científicos han señalado que sería posible prepararse para el próximo evento Carrington si destináramos fondos a reforzar nuestros satélites, blindar los componentes electrónicos delicados y construir centrales eléctricas redundantes. Sería un pequeño anticipo económico para evitar una pérdida catastrófica de nuestro sistema eléctrico. Pero normalmente se hace caso omiso de estas advertencias. Los físicos saben que las eyecciones de masa coronal tienen lugar cuando las líneas de fuerza magnéticas de la superficie del Sol se cruzan, arrojando enormes cantidades de energía al espacio. Pero se desconoce qué ocurre en el interior del astro rey para que se den estas condiciones. Se dispone de las ecuaciones básicas de los plasmas, la termodinámica, la fusión, la convección, el magnetismo, etc., pero resolverlas tal y como ocurren en el interior del Sol supera la capacidad de los ordenadores modernos. Quizá algún día los ordenadores cuánticos puedan desentrañar las complejas ecuaciones del interior del Sol y ayudar a predecir cuándo se verá amenazada la civilización por la próxima erupción solar gigante. Sabemos que debe haber enormes corrientes de convección de plasma supercaliente agitándose en las profundidades del Sol, pero no tenemos ni idea de cuándo estallará la próxima erupción solar ni de si alcanzará la Tierra. Si un ordenador cuántico puede «cocinar» estrellas en su memoria, quizá podamos prepararnos para el próximo evento Carrington. Pero los ordenadores cuánticos pueden ir aún más allá y resolver, en última instancia, el mayor cataclismo del universo. El evento Carrington podría paralizar un continente, pero un estallido de rayos gamma podría hacer algo mucho peor: incinerar todo un sistema solar.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 265

Hay muchas lagunas en nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma, pero la teoría principal es que o bien son colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros, o bien estrellas que colapsan en agujeros negros. Puede que representen las etapas finales de la vida de estos cuerpos celestes. Así pues, podrían ser necesarios los ordenadores cuánticos para explicar con precisión por qué las estrellas liberan tanta energía cuando alcanzan el punto final de su ciclo vital.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 268

Hay mucho que no entendemos sobre las supernovas, y estos vacíos pueden llenarse con ordenadores cuánticos. Algún día, estos sistemas explicarán toda la historia de la vida de las estrellas, incluido el Sol, y también aquellas inestables de nuestro entorno potencialmente peligrosas.

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AGUJEROS NEGROS

La simulación de agujeros negros puede agotar rápidamente la capacidad de cálculo de un superordenador digital ordinario. En el caso de una estrella grande, quizá de diez a cincuenta veces más masiva que nuestro Sol, existe la posibilidad de que explote como supernova, se convierta en una estrella de neutrones y quizá colapse en un agujero negro. Nadie sabe realmente qué ocurre cuando una estrella masiva sufre un colapso gravitatorio, porque en esta situación las leyes de Einstein y la teoría cuántica empiezan a fallar, por lo que seguramente se necesitan nuevas leyes de la física. Por ejemplo, si nos limitamos a seguir las matemáticas de Einstein, el agujero negro colapsaría tras una misteriosa esfera oscura, llamada «horizonte de sucesos». Esto se fotografió en 2021, combinando la luz de una serie de radiotelescopios alrededor de la Tierra, lo que creó un radiotelescopio del tamaño del propio planeta. El dispositivo reveló que el horizonte de sucesos en el corazón de la galaxia llamada M87, a unos cincuenta y tres millones de años luz de la Tierra, era una esfera oscura rodeada de gases luminosos supercalientes. ¿Qué hay dentro del horizonte de sucesos? Nadie lo sabe. Antes se pensaba que un agujero negro podía colapsar en una singularidad, un punto supercompacto de densidad inimaginable. Pero ese panorama ha cambiado, ya que vemos agujeros negros que giran a velocidades tremendas. En lugar de un simple punto, los físicos creen ahora que estos objetos pueden colapsar en un anillo rotatorio de neutrones, donde los conceptos habituales de espacio y tiempo se ponen patas arriba. Las matemáticas dicen que, si caemos a través de él, quizá no muramos en absoluto, sino que entremos en un universo paralelo. Así que el anillo giratorio se convierte en un agujero de gusano, una puerta a otro universo más allá del agujero negro. El anillo giratorio se parece mucho al espejo de Alicia. Por un lado, está la apacible campiña de Oxford. Pero, si atraviesas el espejo, entras en el universo paralelo del País de las Maravillas.

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Por desgracia, no se puede confiar en las matemáticas de los agujeros negros, porque también hay que incluir los efectos cuánticos. Los ordenadores cuánticos podrían ofrecernos simulaciones de la teoría de Einstein y de la teoría cuántica cuando el espacio y el tiempo se retuercen en el centro de un agujero negro. En estas condiciones, las ecuaciones están intensamente acopladas. En primer lugar, tenemos la energía debida a la gravedad y al plegamiento del espaciotiempo. Y luego tenemos la energía debida a diversas partículas subatómicas. Pero estas, a su vez, tienen su propio campo gravitatorio, que se mezcla con el campo original de formas complejas. Así, nos queda una maraña de ecuaciones, cada una de las cuales afecta a las demás, en una intrincada mezcla que está fuera del alcance de los ordenadores convencionales, pero quizá no de los ordenadores cuánticos.

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MATERIA OSCURA

Tras dos mil años de especulaciones e innumerables experimentos, seguimos sin poder responder a la sencilla pregunta que se hicieron los griegos: ¿de qué está hecho el mundo? La mayoría de los libros de texto de primaria afirman que el universo está formado principalmente por átomos. Pero ahora se sabe que esa afirmación es errónea. En realidad, se compone sobre todo por una misteriosa materia y energía oscuras e invisibles. La mayor parte del universo es oscura, más allá de la capacidad de nuestros telescopios para estudiarla y de nuestros sentidos para detectarla. La materia oscura fue teorizada por primera vez por lord Kelvin, en 1884. Observó que la cantidad de masa necesaria para explicar la rotación de la galaxia era mucho mayor que la masa real de las estrellas. Llegó, pues, a la conclusión de que la mayoría de las estrellas eran en realidad oscuras, que no eran luminosas. En los últimos tiempos, astrónomos como Fritz Zwicky y Vera Rubin han confirmado esta extraña observación, al darse cuenta de que la galaxia y los cúmulos estelares giran demasiado rápido y, según nuestras ecuaciones, deberían salir volando en todas direcciones. De hecho, nuestra galaxia rota unas diez veces más rápido de lo esperado. Pero debido a la enorme fe que los astrónomos tenían en la teoría de la gravedad de Newton, este resultado fue ignorado en gran medida. Con el paso de las décadas, se descubrió que no solo la Vía Láctea, sino todas las galaxias, presentaban este mismo curioso fenómeno. Los astrónomos empezaron a darse cuenta de que las galaxias contenían materia oscura, que las mantenía unidas. Este halo era muchas veces más masivo que la propia galaxia. Al parecer, la mayor parte del universo estaba formada por esta misteriosa materia oscura. (Aún más misteriosa es la energía oscura, que es una extraña forma de energía que llena el vacío del espacio e incluso provoca la expansión del universo. Aunque la energía oscura constituye el 68 por ciento del contenido conocido de materia y energía del universo, no se sabe casi nada de ella). Esta tabla resume los datos más recientes de lo que los científicos creen que está hecho el mundo:

Energía oscura 68 por ciento

Materia oscura 27 por ciento

H y He 5 por ciento

Elementos superiores 0,1 por ciento

Ahora comprendemos que muchos de los elementos que componen nuestro cuerpo solo representan alrededor del 0,1 por ciento del universo. Somos auténticas anomalías. Pero la sustancia que compone la mayor parte del universo posee propiedades extrañas. Como la materia oscura no interactúa con la materia ordinaria, si la sostuviéramos en la mano se nos escurriría entre los dedos y caería al suelo. Pero no se detendría ahí: atravesaría la tierra y el hormigón, como si el planeta no estuviera ahí. Seguiría cayendo más allá de la corteza terrestre y llegaría hasta China. Allí, poco a poco invertiría su dirección por la fuerza de atracción de la gravedad terrestre y volvería por donde hubiera venido, hasta que finalmente alcanzara de nuevo nuestra mano. Entonces oscilaría de un lado a otro del planeta. Hoy tenemos mapas de esta materia invisible. La forma en que determinamos la presencia de materia oscura es la misma por la que sabemos que hay cristal en nuestras gafas. El cristal distorsiona la luz, por lo que se puede observar sus efectos. La materia oscura distorsiona la luz de la misma manera. Así, corrigiendo la refracción de la luz a través de la materia oscura, podemos generar mapas tridimensionales de esta. Y, en efecto, vemos que se concentra alrededor de las galaxias y las mantiene unidas. Pero, por desgracia, no sabemos de qué está hecha la materia oscura. Al parecer, está compuesta por una sustancia nunca vista, algo que queda fuera del modelo estándar de partículas subatómicas. Así pues, la clave para resolver el misterio de la materia oscura puede estar en comprender qué hay más allá de esta teoría.

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MODELO ESTÁNDAR DE PARTÍCULAS

Los ordenadores cuánticos, como hemos visto, aprovechan las leyes antiintuitivas de la mecánica cuántica para realizar sus cálculos. Pero esta rama de la física no ha estado inactiva: ha evolucionado a medida que los grandes aceleradores de partículas hacían chocar protones entre sí para descubrir los componentes básicos de la materia. En la actualidad, el acelerador más potente del mundo es el Gran Colisionador de Hadrones, situado a las afueras de Ginebra (Suiza), la mayor máquina científica jamás construida. Se trata de un tubo de 26,7 kilómetros de circunferencia, con imanes tan potentes que pueden lanzar protones a catorce billones de electronvoltios. Para una serie de la BBC que presenté, visité el LHC e incluso toqué el tubo que se encuentra en el corazón del acelerador cuando aún se estaba construyendo. Fue una experiencia sobrecogedora saber que, al cabo de unos años, los protones recorrerían este tubo con energías alucinantes. Después de décadas de duro trabajo con el LHC, los físicos han convergido finalmente en algo denominado modelo estándar, o teoría de casi todo. La antigua ecuación de Schrödinger, como vimos, explica la interacción de los electrones con la fuerza electromagnética. El modelo estándar, sin embargo, podría unificar también la fuerza electromagnética con las fuerzas nucleares fuerte y débil. Así pues, el modelo estándar de partículas representa la versión más avanzada de la teoría cuántica. Es la culminación del trabajo de decenas de premios Nobel y el producto final de miles de millones de dólares gastados en gigantescos destructores de átomos. Por derecho propio, debería ser un deslumbrante hito del logro más noble del espíritu humano. Por desgracia, es un desastre. En lugar de ser el mejor producto de la inspiración divina, es una mezcolanza bastante burda de partículas. Consiste en una desconcertante colección de partículas subatómicas sin mucha lógica aparente. Tiene treinta y seis quarks y antiquarks, más de diecinueve parámetros libres que pueden ajustarse a voluntad, tres generaciones de partículas idénticas y un montón de partículas exóticas llamadas «gluones», «bosones W y Z», «bosones de Higgs» y «partículas de Yang-Mills», entre otras. Es una teoría que solo una madre puede amar. Es como juntar un cerdo hormiguero, un ornitorrinco y una ballena con cinta adhesiva y asegurar que es la más hermosa creación de la naturaleza, producto final de millones de años de evolución. Peor aún, la teoría no tiene en cuenta la gravedad ni puede explicar la materia y la energía oscuras, que constituyen la mayor parte del universo conocido. Solo hay una razón por la que los físicos estudian esta enrevesada teoría: funciona. Es innegable que describe el mundo de baja energía de partículas subatómicas como los mesones, los neutrinos, los bosones W, etc. El modelo estándar es tan extraño y feo que la mayoría de los físicos piensan que no es más que la aproximación de baja energía de una teoría más bella que existe a energías más altas. (Parafraseando a Einstein, si ves la cola de un león, sospechas que tarde o temprano el león aparecerá). Pero, durante los últimos cincuenta años, los físicos no habían observado desviación alguna del modelo estándar.

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MÁS ALLÁ DEL MODELO ESTÁNDAR

El primer indicio de una fisura en el modelo estándar llegó en 2021, desde el Laboratorio Nacional Fermi de Aceleradores, a las afueras de Chicago. El enorme detector de partículas identificó una ligera desviación en las propiedades magnéticas de los muones (que suelen hallarse en los rayos cósmicos). Ha sido necesario analizar una enorme cantidad de datos para encontrar esta pequeña desviación, pero, si se mantiene, podría señalar la presencia de nuevas fuerzas e interacciones más allá del modelo estándar. Esto podría significar que estamos vislumbrando el mundo más allá del modelo estándar, donde surgiría una nueva física, quizá la teoría de cuerdas. Los ordenadores cuánticos destacan como motores de búsqueda a la hora de encontrar esa elusiva aguja en el pajar. Muchos físicos creen que nuestros aceleradores de partículas acabarán hallando pruebas concluyentes de la existencia de partículas más allá del modelo estándar, lo que revelará la verdadera simplicidad y belleza del universo. Los físicos ya están empleando ordenadores cuánticos para comprender la misteriosa dinámica de las interacciones entre partículas. En el LHC, dos haces de protones de alta energía chocan entre sí a catorce billones de electronvoltios, lo cual da lugar a energías que no han existido desde el principio del universo. Esta colisión titánica crea una gigantesca lluvia de desechos subatómicos, y genera la abrumadora cantidad de un billón de bytes de datos por segundo, que son analizados por un ordenador cuántico. Además, los físicos ya están elaborando planes para un sustituto del Gran Colisionador de Hadrones, llamado Futuro Colisionador Circular, que se construirá en el CERN (Suiza). Con un centenar de kilómetros de circunferencia, eclipsará los 26,7 kilómetros del LHC. Costará veintitrés mil millones de dólares y alcanzará la astronómica energía de cien billones de electronvoltios. Será, con diferencia, la mayor máquina científica del planeta. Si se construye, el Futuro Colisionador Circular recreará las condiciones en que nació el universo. Nos acercará tanto como sea humanamente posible a la teoría última, la teoría del todo, que Einstein buscó durante los últimos treinta años de su vida. La avalancha de datos que surgirá de esta máquina desbordará a cualquier ordenador convencional. En otras palabras, tal vez el secreto de la propia creación pueda desentrañarlo un ordenador cuántico.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 275

(Recibo muchos correos electrónicos de personas que afirman haber hallado por fin la teoría del todo. Les digo que hay tres criterios que su teoría debe obedecer:

1.Contener la teoría de la gravedad de Einstein.

2.Incluir el modelo estándar de partículas al completo, con todos sus quarks, gluones, neutrinos, etc.

3.Ser finita y estar libre de anomalías).

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 277

Los ordenadores cuánticos pueden ser el último paso para encontrar la teoría del todo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 279

He aquí una breve lista de cuestiones que dejarán perplejos a la mayoría de los físicos por encontrarse en la frontera entre la filosofía y la física. Todas ellas afectan a la existencia de los ordenadores cuánticos, y las examinaremos una por una.

1. ¿Tuvo Dios elección al crear el universo? Einstein consideraba que esta era una de las preguntas más profundas y reveladoras que uno puede hacerse. ¿Podría Dios haber creado el universo de otra manera?

2. ¿Es el universo una simulación? ¿Somos autómatas que viven en un videojuego? ¿Todo lo que vemos y hacemos es producto de una simulación informática?

3. ¿Computan los ordenadores cuánticos en universos paralelos? ¿Podemos resolver el problema de la medida en los ordenadores cuánticos introduciendo el concepto de multiverso?

4. ¿Es el universo un ordenador cuántico? ¿Puede todo lo que vemos a nuestro alrededor, desde las partículas subatómicas hasta los cúmulos galácticos, ser prueba de que el propio universo es un ordenador cuántico?

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 289

¿Por qué es tan extraño el mundo cuántico? Al parecer, para que la materia sea estable y sólida. De lo contrario, nuestro universo se desintegraría.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 292

La única manera de que los ordenadores cuánticos creen universos estables es empezar por la ecuación de Schrödinger. Un ordenador cuántico es único. Puede haber muchas maneras de montar la materia para crear uno (por ejemplo, con diferentes tipos de átomos), pero solo hay una manera de que el ordenador cuántico pueda realizar sus

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Si se intenta modificar la ecuación de Schrödinger, que es la base de estas máquinas, es de esperar que el ordenador cuántico modificado genere resultados sin sentido, como, por ejemplo, materia inestable. En otras palabras, la única manera de que los ordenadores cuánticos creen universos estables es empezar por la ecuación de Schrödinger. Un ordenador cuántico es único. Puede haber muchas maneras de montar la materia para crear uno (por ejemplo, con diferentes tipos de átomos), pero solo hay una manera de que el ordenador cuántico pueda realizar sus cálculos y seguir describiendo materia estable. Así que, si queremos un ordenador cuántico que manipule electrones, luz y átomos, probablemente solo exista un único tipo de arquitectura para crearlo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 292

Pero también se está considerando una teoría alternativa, llamada «teoría de la decoherencia», que afirma que las interacciones con el entorno externo hacen que la onda colapse, es decir, que la onda colapsa por sí sola una vez que toca el entorno, porque este ya está en decoherencia. Por ejemplo, esto significa que la paradoja de Schrödinger puede resolverse de forma sencilla. El problema original era que, antes de abrir la caja, no era posible saber si el gato estaba vivo o muerto. La respuesta tradicional es que el animal no está vivo ni muerto hasta que se abre la caja. Esta nueva teoría dice que los átomos del gato ya están en contacto con los átomos que flotan al tuntún en la caja, por lo que el animal ya está en decoherencia incluso antes de que se abra la caja. Por tanto, el gato ya está vivo o muerto (pero no ambas cosas). En otras palabras, según la interpretación tradicional de Copenhague, el gato solo entra en decoherencia cuando se abre la caja y se realiza una medición. Sin embargo, en este nuevo enfoque, el gato ya está en decoherencia, porque las moléculas de aire han tocado su onda, lo que ha provocado su colapso. La causa del colapso de la onda en la teoría de la decoherencia sustituye al experimentador que abre la caja por el aire en esta. Normalmente, los debates en física se resuelven haciendo un experimento. Esta ciencia no se basa, en última instancia, en especulaciones y conjeturas. El factor decisivo son las pruebas fehacientes. Pero imagino que, dentro de unas décadas, los físicos seguirán debatiendo esta cuestión, porque no hay ningún experimento decisivo que pueda descartar una de estas interpretaciones, al menos de momento. Sin embargo, personalmente, creo que hay un defecto en el enfoque de la decoherencia. En él se tiene que distinguir entre el entorno, es decir, el aire (que es decoherente) y el objeto estudiado (el gato). En el enfoque de Copenhague, la decoherencia es introducida por el experimentador, mientras que, en la teoría homónima, la decoherencia la introducen las interacciones con el entorno. No obstante, una vez que introducimos una teoría cuántica de la gravedad, la unidad más pequeña que cuantizamos es el propio universo. No hay distinción entre el experimentador, el entorno y el gato. Todos ellos forman parte de una función de onda gigantesca, la función de onda del universo, que no puede separarse en varios fragmentos. En este enfoque de la gravedad cuántica, no hay distinción real entre ondas que son coherentes y ondas en el aire que son decoherentes. La diferencia es solo de medición. (Por ejemplo, en el big bang, todo el universo era coherente antes de la explosión. Así que, incluso hoy, trece mil ochocientos millones de años después, aún podemos encontrar algo de coherencia entre el gato y el aire). Así pues, este enfoque destierra la decoherencia y vuelve a la interpretación de Everett. Por desgracia, no existe ningún experimento que permita diferenciar estos diversos enfoques. Ambos dan el mismo resultado mecánico cuántico. Difieren en la interpretación del resultado, que es filosófica. Esto significa que tanto si utilizamos la interpretación de Copenhague, el enfoque de la decoherencia o la teoría de los muchos mundos, obtenemos los mismos resultados experimentales, por lo que los tres enfoques son empíricamente equivalentes. Puede que una diferencia entre los tres sea que, en la interpretación de muchos mundos, podría ser posible moverse entre diferentes universos paralelos. Pero, si se hace el cálculo, la probabilidad de poder hacerlo es tan pequeña que no somos capaces de verificarlo experimentalmente. Por lo general, tenemos que esperar más tiempo que la vida del universo para entrar en otro universo paralelo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 296

El terreno de juego de los ordenadores cuánticos es el propio universo. Si somos capaces de entender una máquina de Turing cuántica, quizá también podamos entender el universo.

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Supremacía cuántica: La revolución tecnológica que lo cambiará todo, página 300

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