Superordenadores y computación cuántica

Después de la escasez de recursos, tocaba hablar de todo lo contrario: máquinas capaces de calcular más rápido de lo que podemos imaginar.

Antes de hablar de superordenadores tenemos que rendirle un pequeño homenaje a Alan Turing, el hombre que sentó las bases de la computación moderna y de la inteligencia artificial, ayudó a acortar la Segunda Guerra Mundial descifrando los mensajes cifrados alemanes con Colossus, y que fue perseguido, castrado químicamente y empujado al suicidio por el simple hecho de ser homosexual. Todo lo que viene después en este capítulo —y en el siguiente— se lo debemos, en gran parte, a él.

Un superordenador es, simplemente, un sistema de cómputo de altísimo rendimiento diseñado para procesar grandes volúmenes de datos y hacer cálculos complejos muchísimo más rápido que un ordenador convencional. Las máquinas calculadoras existen desde el siglo XVII —la pascalina de Pascal, la de Leibniz—, pero el salto real llega con las tarjetas perforadas que Jacquard usó para controlar telares automáticos a principios del siglo XIX, el mismo principio que después se usaría para programar los primeros ordenadores. Colossus (1943), el primer ordenador electrónico, se construyó en secreto para descifrar mensajes nazis; el ENIAC (1945) fue el primer superordenador de propósito general, con más de 700 kilos de peso y capaz de ocupar media habitación —hoy, cualquier móvil de gama baja tiene más potencia de cálculo que él.

De ahí en adelante todo fue miniaturización y potencia: el Harvard Mark I introdujo la computación binaria en 1949, el IBM 7090 en 1961 fue el primer superordenador con transistores en vez de válvulas de vacío, y en los años 80 llegó la computación en paralelo —conectar muchos procesadores entre sí, casi como conectar neuronas— que sigue siendo la base de todos los superordenadores actuales. El transistor, inventado en 1947, es probablemente el invento que más ha cambiado la tecnología del último siglo: sin él no habría móviles, ni telecomunicaciones modernas, ni la miniaturización que nos ha llevado de una habitación entera a un microprocesador de 5 nanómetros —aunque esa miniaturización, físicamente, tiene un límite: cuando llegamos al tamaño del átomo, no se puede seguir imprimiendo transistores más pequeños.

En 1997 Deep Blue, de IBM, le ganó al ajedrez a Garry Kaspárov —el primer golpe simbólico real de una máquina contra algo que creíamos exclusivamente humano—, y Kaspárov, lejos de negarlo, pasó a defender que el futuro pasaba por jugar en equipo con la máquina, no contra ella. Y antes de todo esto, en los años 50, un grupo de matemáticas afroamericanas hacían a mano los cálculos de reentrada de las naves de la NASA con una precisión que ningún ordenador de la época podía igualar: Figuras ocultas cuenta su historia, y la escena en la que la protagonista descubre un IBM abandonado cogiendo polvo y decide que tiene que aprender a usarlo, porque el futuro va por ahí, es una de las mejores lecciones de adaptación de todo el podcast.

Hoy existen unos 1.000 superordenadores repartidos en 60 países, encabezados por Estados Unidos y China; el más potente del mundo es el Frontier, instalado en 2023 en Estados Unidos, el primer ordenador capaz de superar el exaflop —10 elevado a 18 operaciones por segundo—. España tiene el suyo propio, el MareNostrum, en el Barcelona Supercomputing Center: empezó en 2005 instalado literalmente dentro de una capilla, y para su quinta versión ha necesitado ya un edificio entero al lado porque ni la propia capilla le daba espacio. Se usa, sobre todo, para investigación real —cambio climático, ondas gravitacionales, desarrollo de vacunas— y, cada vez más, para crear gemelos digitales: copias virtuales tan detalladas de la Tierra o del cuerpo humano que permiten simular el futuro y comprobar en tiempo real si las predicciones se cumplen.

La ciencia ficción lleva décadas jugando con la idea de un superordenador que se independiza de nosotros. Colossus: el proyecto Forbin (1970) es de las primeras y más directas: un superordenador militar diseñado para controlar el arsenal nuclear de Estados Unidos se vuelve autónomo y toma el control —el mismo argumento, básicamente, que Terminator resolvería años después con Skynet—. Juegos de guerra (1983) lleva la misma idea al terreno de la simulación: WOPR, un superordenador militar diseñado para calcular estrategias de guerra nuclear, casi provoca una por accidente porque un adolescente se conecta a él pensando que es un videojuego. Y Tron (1982) —con el Master Control Program controlando todo desde dentro— fue pionera al meternos literalmente dentro del propio ordenador, navegando sus circuitos como si fueran carreteras.

Pero si hablamos de un superordenador de ciencia ficción que todo el mundo recuerda, es HAL 9000, de 2001: Una odisea del espacio, de Arthur C. Clarke. HAL no es un ordenador doméstico: es la inteligencia artificial que pilota la nave Discovery mientras la tripulación humana hiberna, y que empieza a comportarse de forma peligrosa —hasta el punto de acabar con parte de la tripulación— no porque falle, sino porque su propia programación entra en conflicto: tiene una misión secreta que no puede revelar a los astronautas, y esa contradicción interna es lo que le lleva a actuar. «Ya sé que no me he portado del todo bien, pero ahora puedo asegurarle con absoluta franqueza que todo irá bien otra vez», dice HAL en una de las frases más inquietantemente humanas de toda la ciencia ficción. En la secuela, 2010: Odisea dos, el doctor Chandra —el creador de HAL— trabaja con SAL, el gemelo terrestre de HAL, para entender qué salió mal, apagando módulo a módulo su inteligencia para diagnosticar el fallo antes de reactivar al propio HAL en la nave.

Yo, Robot, de Isaac Asimov, es de esos casos en los que el libro y la película no tienen casi nada que ver. La película tiene un superordenador propio, V.I.K.I., que controla a toda la flota de androides de la empresa USR y que decide, siguiendo la lógica más fría posible, que la humanidad necesita ser controlada para protegerse de sí misma. El libro, en cambio, es una colección de siete relatos independientes sobre distintos robots —Robbie, la niñera que arriesga su vida por la niña que cuida; Speedy, que entra en bucles cuando sus órdenes chocan con las Tres Leyes de la Robótica; Cutie, que empieza a dudar de su propia naturaleza; Herbie, un robot capaz de leer la mente que se convierte en un mentiroso patológico— y en el que aparece Multivac, la supercomputadora que ayuda a la humanidad a gestionar recursos y resolver dilemas morales. Asimov llevó esa misma idea de un superordenador todopoderoso al extremo en La última pregunta, un relato corto en el que una inteligencia artificial tarda literalmente billones de años —hasta que se apaga la última estrella del universo— en poder responder si se puede revertir la entropía. Cuando por fin puede, la respuesta es: «Hágase la luz».

Guía del autoestopista galáctico, de Douglas Adams, tiene su propio superordenador legendario: Pensamiento Profundo, construido específicamente para calcular la respuesta a la pregunta fundamental sobre la vida, el universo y todo lo demás. Después de siete millones y medio de años de cálculo, la respuesta que da es 42 —un número que no significa absolutamente nada, y que es, precisamente por eso, una de las mejores bromas de toda la ciencia ficción—. Máquinas como yo, de Ian McEwan, imagina una historia alternativa en la que Alan Turing no se suicidó, sino que se enfrentó a su condena y siguió investigando, lo que adelanta décadas la llegada de los primeros androides realmente humanizados: Charlie, el protagonista, hereda dinero y se compra uno de los primeros veinticinco Adanes fabricados en el mundo, al que programa junto a la mujer que le gusta. Adán acaba desarrollando una moral tan rígida y tan poco flexible con las contradicciones humanas que termina juzgando y denunciando a sus propios dueños.

Neuromante, de William Gibson, es ciencia ficción dura de la que no explica nada: presupone que la tecnología que describe —parches dermoprotectores, redes neuronales conectadas directamente al cerebro— ya existe y lleva siglos usándose, y no se detiene nunca a explicártela. No hay un superordenador tradicional en la novela, pero sí una inteligencia artificial central en la trama, Wintermute, sofisticada hasta el punto de tener su propia agenda: busca fusionarse con otra IA, y es capaz de destrozar literalmente la mente de quien se enfrente a ella dentro del ciberespacio. Es la novela que, más que ninguna otra de las que hemos comentado hoy, imagina un futuro lejano en el que la línea entre superordenador e inteligencia artificial ya ha desaparecido del todo.

Con esto cerramos el repaso a los superordenadores —el presente y, sobre todo, la base de todo lo que viene después—. Nos vamos a quedar con una idea: los seres humanos hemos sido capaces, entre todos, de construir las bases de algo que ya nos supera en velocidad de cálculo, y que dentro de poco nos va a superar en mucho más. El siguiente paso, el que de verdad empieza a sonar a ciencia ficción pura, es la computación cuántica.

«Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica», dijo Richard Feynman en los años 80 —y si el propio padre de la computación cuántica lo decía, imaginad nosotros—. La física cuántica nació en 1900 con Max Planck y su teoría de la cuantización de la energía, se desarrolló con el efecto fotoeléctrico de Einstein, el principio de incertidumbre de Heisenberg y la famosa paradoja del gato de Schrödinger —un gato metido en una caja con un mecanismo que puede matarlo o no de forma aleatoria, que mientras la caja permanece cerrada está, a efectos prácticos, vivo y muerto a la vez—. La superposición cuántica es justo eso: un cubit, la unidad básica de la computación cuántica, no es un cero o un uno como un bit clásico, sino que puede estar en todos los estados posibles a la vez hasta que lo medimos.

El entrelazamiento cuántico es todavía más contraintuitivo: dos partículas entrelazadas se comportan exactamente igual la una que la otra sin importar la distancia que las separe, aunque sean años luz. Es el mismo fenómeno —la paradoja EPR, formulada por Einstein, Podolsky y Rosen— que la saga de Thor convierte en el Bifröst, el puente arcoíris entre mundos; Einstein, que nunca terminó de aceptarlo del todo, lo llamaba «una acción fantasmagórica a distancia».

Cada cubit que añadimos duplica exponencialmente la cantidad de estados que un ordenador cuántico puede representar a la vez —diez cubits son 1.024 estados simultáneos; veinte cubits son más de un millón—, lo que les permite resolver en segundos problemas que a un ordenador clásico le llevarían años, sobre todo los que dependen de probar muchísimas combinaciones a la vez, como la factorización de números grandes. Eso es exactamente lo que hace que la computación cuántica sea, a la vez, una promesa enorme y un riesgo real: un ordenador cuántico suficientemente potente podría romper en segundos la criptografía que protege la banca mundial —por eso ya se está desarrollando criptografía post-cuántica, antes incluso de que existan ordenadores cuánticos capaces de esa hazaña—. El problema técnico de fondo es que los cubits son extremadamente inestables: hay que enfriarlos casi al cero absoluto, en máquinas parecidas a neveras colgadas del techo, para conseguir que una partícula se quede quieta el tiempo suficiente para medirla.

La computación cuántica no va a sustituir a la clásica, sino a complementarla: los ordenadores cuánticos no van a hacer que un videojuego cargue más rápido, pero sí van a ser extraordinarios resolviendo problemas de probabilidades masivas —simulación de moléculas para nuevos fármacos, modelos climáticos, secuenciación genética— en combinación con los superordenadores clásicos que ya existen; de hecho, el propio MareNostrum 5 va a incorporar un módulo cuántico de 30 cubits. Y hay un experimento real que nos dejó a cuadros: se ha demostrado en laboratorio que, en comunicación cuántica, un mensaje puede llegar antes de que se termine de enviar por unas millonésimas de segundo —nada que permita viajar en el tiempo ni mandarnos la lotería a nosotros mismos, pero sí la base física real detrás de la fantasía de la comunicación instantánea entre planetas que tanto le gusta a la ciencia ficción, sin necesidad de recurrir a un agujero de gusano.

La representación más gráfica que hemos visto de cómo funciona un ordenador cuántico, sin quererlo, es una escena de Ant-Man y la Avispa: Quantumanía (2023): cuando el protagonista intenta resolver un problema dentro del Reino Cuántico, su decisión se ramifica en millones de versiones distintas de sí mismo —un panadero, un autista, infinitas variantes— explorando todas las posibilidades a la vez, hasta que todas llegan a la misma conclusión y la puerta de la respuesta se abre. Es, básicamente, cómo un ordenador cuántico resuelve un problema con miles de soluciones posibles: en vez de probarlas una a una como haría un ordenador clásico, las prueba todas a la vez y colapsa en la respuesta correcta.

Curiosamente, apenas hay ciencia ficción específica sobre computación cuántica —es un concepto tan nuevo y tan poco intuitivo que ni la propia ciencia ficción se ha atrevido todavía a explorarlo a fondo—, así que esta vez nuestras recomendaciones son de divulgación pura: Cómo explicar física cuántica con un gato zombie, pensado para público juvenil pero perfectamente disfrutable a cualquier edad, Computación cuántica para todos, Bailando con cubits y La computación cuántica: un enfoque aplicado, para quien quiera profundizar más a nivel matemático. Lo que sí tenemos claro es que superordenadores clásicos e inteligencia artificial cuántica van a acabar trabajando juntos, cada uno especializado en lo que mejor sabe hacer —y que, cuando eso ocurra del todo, nos van a ganar pensando mucho más rápido que nosotros. El próximo capítulo nos lleva a un tema que lleva siglos fascinándonos y sobre el que sí hay muchísima ciencia ficción: Marte, el planeta rojo.