La revolución diminuta
Muchos expertos consideran que la humanidad se encamina hacia una segunda revolución cuántica cuyos alcances resultan hoy difíciles de imaginar. Natalia Ares hace más de una década que estudia e investiga en Londres. En su laboratorio, trabaja en la aplicación de la inteligencia artificial para mejorar el control sobre los dispositivos cuánticos. En esta entrevista cuenta los alcances y las limitaciones que enfrentan estos desarrollos en la actualidad y confía en que estas tecnologías estarán disponible en un futuro no muy lejano.
Desde chica le sintió el gusto a las matemáticas y se le daban con facilidad. Pero no fue hasta el colegio secundario cuando, en el marco de un curso organizado por la Comisión Nacional de Energía Atómica, pudo dialogar con distintos investigadores y vislumbrar que era posible construir una vida laboral alrededor de la matemática y la física. “Ahí me di cuenta de que la física era lo mío, porque era la mejor combinación entre matemática y experimentos”.
Entonces, Natalia Ares –de ella estamos hablando–, decidió inscribirse en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, donde se graduó como física –“La verdad disfruté muchísimo la carrera”–. Y de a poco se fue acercando a la cuántica –“siempre me llamó mucho la atención ese mundo tan alejado a nuestra vida cotidiana”–, a tal punto que en su tesis de licenciatura abordó el tema del caos cuántico. Pero, además de entender la teoría, ella quería hacer experimentos, lo que la impulsó a mirar las oportunidades que había en el exterior.
Natalia Ares. Fotografía: Luiza Cavalcante.
Así, viajó primero –en 2009– a Grenoble en Francia para hacer su doctorado y luego cruzó el Canal de La Mancha hasta Londres para su posdoc. Enseguida ganó una serie de becas, entre ellas la Marie Curie. Actualmente, es profesora asociada en el New College de la Universidad de Oxford e investigadora de la Royal Society. Además dirige un grupo con más de una decena de integrantes, entre doctorandos y posdoctorandos, donde trabajan en el desarrollo de tecnologías cuánticas, haciendo foco en la aplicación de la inteligencia artificial para controlar los dispositivos cuánticos, e investigan el comportamiento de la leyes de la termodinámica a escala atómica y subatómica. “Es un momento muy excitante para dedicarse a la investigación cuántica”, asegura con entusiasmo.
“Cuando uno piensa en una computadora cuántica, no pensamos en una computadora clásica más poderosa, es otro tipo de computación”.
– ¿Qué sentido tiene el desarrollo de dispositivos a nivel cuántico cuando se trata de un mundo en el cual las personas no habitamos?
– Es que, en realidad, ya los usamos. El láser es una tecnología cuántica, o sea, usa principios cuánticos para funcionar. Los relojes atómicos, que son los relojes más precisos que tenemos, están basados en tecnologías cuánticas. El GPS utiliza también relojes atómicos. Hay un montón de tecnologías actuales que ya usan estos efectos cuánticos. Ahora, la investigación en tecnologías cuánticas lo que está tratando es de avanzar sobre otros principios cuánticos para aprovechar el potencial total de estas tecnologías.
– ¿La sospecha es que si logramos aprovecharlos podríamos superar en prestaciones a muchos de los macro dispositivos que usamos actualmente?
– Tal cual. Por ejemplo: en la computación clásica se usan transistores que se manejan con una lógica binaria donde los bits pueden ser cero o uno. Las computadoras cuánticas se basan en qubits, que pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias al fenómeno de la superposición cuántica. Esto abre las puertas a un poder de procesamiento exponencialmente mayor. Entonces, cuando uno piensa en una computadora cuántica, no pensamos en una computadora clásica más poderosa, es otro tipo de computación.
– ¿Cuáles son las dificultades que presenta el mundo cuántico para construir estos dispositivos?
– En las tecnologías clásicas uno tiene un transistor y a través de un voltaje uno puede controlar si tiene cero o uno. Los dispositivos cuánticos también se pueden controlar con voltaje pero son mucho más sensibles a lo que pasa alrededor. Como estamos hablando de sistemas de un solo átomo, un solo electrón, si hay otro electrón u otro átomo a su alrededor, lo puede afectar. Por un lado, eso es un gran beneficio para hacer mejores sensores pero, por otro, nos plantea un problema porque por eso se producen muchos errores, porque el dispositivo censa un electrón que justo pasó y entonces te da un resultado equivocado. Es un sistema muy difícil de controlar. Entonces, si bien tenemos computadoras cuánticas hoy en día, como plantean Google e IBM que dicen que tienen ventaja cuántica en algunos problemas, la realidad es que son problemas muy particulares. Para decir, realmente, que tenemos computadoras que son superiores a las computadoras clásicas todavía nos falta lo que nosotros llamamos escalar esta tecnología. En vez de tener prototipos chiquitos que son muy limitados, necesitamos millones de estos dispositivos controlados. Y ya se están haciendo muchos progresos.
“¿Estas tecnologías van a ser disruptivas? Sí. Si se concretan ¿van a cambiar el mundo? Seguro. Pero realmente no conocemos todavía el impacto real que van a tener”.
– ¿Estás de acuerdo con los que dicen que estamos viviendo la segunda revolución cuántica?
– Sí, en el sentido de que son muchos los esfuerzos que se están haciendo para llegar a eso. La segunda revolución hace referencia a que hubo una primera revolución cuántica que es la del láser, la del reloj atómico. La segunda revolución tiene que ver con otros fenómenos cuánticos, como el entrelazamiento y otras tecnologías que todavía no usamos pero sí están en desarrollo. Pero hay que ser realista. A veces, uno se deja llevar por el optimismo y dice: “vamos a tener computadoras cuánticas en 5 años”. Bueno, hay que ser un poquito más prudentes. ¿Estas tecnologías están en desarrollo? Sí ¿Estas tecnologías van a ser disruptivas? Sí. Si se concretan ¿van a cambiar el mundo? Seguro. Pero realmente no conocemos todavía el impacto real que van a tener. Todos los esfuerzos están en marcha pero eso no quiere decir que en dos o tres años uno tenga estas tecnologías listas.
– Hay otra frase que dice: “La revolución cuántica va a llegar. Ahora, no sabemos ni cómo, ni cuándo”. ¿Estás de acuerdo?
– No tenemos ninguna razón fundamental para creer que estas tecnologías no van a ser posibles. Pero todavía hay muchas limitaciones que tenemos que superar. Por ejemplo, en el tipo de tecnologías que yo investigo, trabajamos a muy bajas temperaturas, a 20 milikelvin que está apenas por arriba del cero absoluto (-273,15°C). Trabajamos en esas condiciones tan particulares porque eso nos ayuda a controlar mejor estos dispositivos. Si hay fluctuaciones térmicas, no podemos controlar el estado de ese electrón que vamos a usar para computar algo. Imaginate, trabajar a 20 milikelvin, no es muy práctico. No es que una va a tener una computadora cuántica en la cartera a 20 milikelvin. Alguien podría argumentar, si necesitás 20 milikelvin para que estos dispositivos funcionen nunca vas a tener una computadora con millones de transistores a estas temperaturas. Pero hay mucha investigación para lograr que estos dispositivos trabajen temperaturas más altas. Hay muchos problemas en los que uno puede pensar, por ejemplo, cómo vamos a hacer para que un millón de cables vayan a bajas temperaturas o cómo vamos a hacer para que un chip con millones transistores se comuniquen sin cometer errores. Yo creo que estas tecnologías cuánticas van a llegar. Vamos descubriendo formas de resolver algunos de estos problemas. Por ejemplo, la inteligencia artificial nos da una herramienta para superar estas limitaciones.
Natalia Ares. Fotografía: Luiza Cavalcante.
– Supongamos que todos estos obstáculos son superados, ¿qué tipo de impacto podrían generar estas tecnologías en la vida de las personas?
– Yo creo que cuando se concrete va a ser algo extraordinario. Por ejemplo, en el desarrollo de materiales superconductores, si pudiéramos hacer una simulación de cada átomo, cosa que hoy es realmente imposible, podríamos desarrollar materiales que actualmente no existen, con propiedades impensables hoy en día. Eso sería fantástico. O podríamos desarrollar drogas nuevas, porque en lugar de tener que probar distintas combinaciones, uno podría simular sistemas enormes que están muy lejos de nuestras capacidades. Entonces, uno puede decir que las tecnologías cuánticas pueden tener aplicaciones desde la medicina hasta las finanzas, un espectro amplísimo. Pero lo más interesante de todo esto es que no lo sabemos con certeza. Por ejemplo, una de las preguntas que nos hacemos es: si tuviéramos una computadora cuántica, ¿podríamos correr inteligencia artificial mucho más poderosa? Puede ser, pero no lo sabemos todavía. Cuando se desarrolló uno de los primeros dispositivos con efectos similares al láser todavía no se tenía idea de para qué iba a servir. Y hoy en día nos cuesta mucho pensar en cómo sería un mundo sin láser, porque se usa para todo. Yo tengo esta misma sensación con los dispositivos cuánticos, creemos que tienen un potencial enorme pero lo cierto es que no sabemos cuáles serán sus mejores aplicaciones.
“Tenemos el primer algoritmo que nos permite ir de un chip semiconductor a operar un dispositivo completamente cuántico todo en forma automática con una inteligencia artificial”.
– ¿Creés que desde el punto de vista tecnológico la computación clásica está llegando a su límite?
– Sí, los transistores están llegando a límites nanométricos, ya tenemos transistores de un par de átomos, entonces uno tiene que empezar a pensar qué es lo próximo en computación. Con esta tecnología lo único que podemos hacer para incrementar el poder de la computación es apilar procesadores. Bueno, ya agotamos un poco este modelo y tenemos que explorar otros. Entonces, necesitamos nuevas computadoras y yo creo que esta es un área muy prometedora para empezar a crear los primeros dispositivos. Tenemos un montón de cosas por explorar y por desarrollar, con muchísimo potencial, desde sensores y computadoras, hasta redes, distribución de la información, eficiencia energética. Entonces, cómo no estar entusiasmado con estas tecnologías que nos permitirían superar algunas de nuestras mayores limitaciones como humanidad.
– ¿Qué puede aportar la inteligencia artificial al desarrollo de dispositivos cuánticos?
– La idea es que para que estos dispositivos funcionen uno tiene que controlar muchísimos parámetros y los tiene que controlar a un nivel muy preciso. En realidad, primero uno tiene que encontrar los parámetros, y después mantenerlos y optimizarlos. Eso es difícil, porque estos sistemas empiezan a censar cosas que están pasando alrededor y entonces, todos estos parámetros van cambiando de maneras que no son predecibles, no son monótonas. Entonces, a nivel manual uno puede hacer que una persona vaya cambiando cosas hasta encontrarlos pero se trata de una tarea totalmente artesanal que se basa en la intuición que uno desarrolla con la experiencia de estar sentado ahí operándolos. Pero una cosa es aplicar este método artesanal con uno o dos dispositivos y otra es si queremos tener millones de dispositivos operando correctamente y sin errores. Eso ya es imposible. La inteligencia artificial, lo que nos está permitiendo, es controlar dispositivos cuánticos complejos a gran escala, cosa que de otra forma sería imposible. Ahora, lo que nos tiene muy entusiasmados, es que tenemos el primer algoritmo que nos permite ir de un chip semiconductor a operar un dispositivo completamente cuántico todo en forma automática con una inteligencia artificial. Y esto es increíble porque, como este proceso ahora está todo automatizado, uno puede dejarlo correr y ver cómo va encontrando los distintos sets de parámetros y nos está permitiendo incluso entender mucho más de estos dispositivos: por qué son diferentes, cuán sensibles son a las distintas cosas que pasan alrededor. Esto para mí va a cambiar mucho la velocidad a la que progresamos porque no solo va a habilitar el control de circuitos más grandes y más complejos, sino que también nos está permitiendo entender mucho más cómo son estos dispositivos. Así que, desde la fabricación hasta la operación eficiente de estos dispositivos, yo creo que los algoritmos de inteligencia artificial son esenciales. Para nosotros se está abriendo una puerta increíble en términos de cómo podemos progresar en el desarrollo de las tecnologías cuánticas. ¡Está buenísimo!
El regreso que no fue
– ¿Alguna vez pensaste en volver?
– Me tenté muchas veces, la verdad es que extraño. Yo viajé al exterior para aprender ciertas técnicas experimentales con la idea de regresar y armar un laboratorio de lo que yo hago en Argentina. Siento que podría tener un impacto importante formando gente en técnicas que de otra manera difícilmente aprenderán. El año pasado, había un programa de iniciativas cuánticas, que estaba impulsado por Juan Pablo Paz desde el Ministerio de Ciencia y surgió una oportunidad para armar un laboratorio de estas características. Empecé creer que podía darse el sueño de construir mi laboratorio en Buenos Aires. Pero bueno, después vinieron las elecciones…
– Hoy sería impensable en el marco de un gobierno que desfinancia la ciencia y ataca a los científicos.
– Para mí es bastante impactante. Si yo hoy quisiera volver, ni siquiera sé si podría ser incorporada al CONICET. Vos hoy mirás el presupuesto de la UBA y decís: “Esta universidad es un milagro”. Y ese milagro es posible porque hay mucha gente que a pesar de los sueldos, de las dificultades, decide dedicarse por completo y entregarle todo su esfuerzo. Entonces, es muy triste pensar que esta gente es la que está siendo atacada cuando está trabajando en condiciones tremendas para sacar adelante la ciencia y la tecnología en el país. Es muy deprimente.
