Alba Cervera-Lierta: Entrevista Exclusiva para AT

Pocas veces se tiene la suerte de poder entrevistar a alguien de la talla de la Dra. Alba Cervera-Lierta. Ella es Senior Researcher en el BSC CNS y coordinadora del proyecto QuantumSpain, cuyo objetivo es desarrollar un ecosistema para la computación cuántica en España.

Alba también ha obtenido importantes reconocimientos como el IBM Pulse Access Award (2021), Excellent Cum Laude PhD en la Universidad de Barcelona (2019), y el Teach Me QISKit Award (2018). Sin duda un gran talento con autoridad para tratar temas de computación cuántica como los de esta entrevista…

Architecnología: Siempre suelo comenzar con preguntas para conocer un poco mejor al entrevistado antes de pasar a las más técnicas: ¿Quién es Alba Cervera-Lierta? (Descríbete, por favor)

Alba Cervera-Lierta: Soy investigadora en el Barcelona Supercoputing Center. De carrera, soy física y estudié y me doctoré en la Universitat de Barcelona. Siempre me ha apasionado la ciencia en general y me decanté por la física gracias al profesor que tuve en el instituto que terminó por decantar la balanza hacia esta disciplina. Además de la investigación, disfruto mucho divulgando la ciencia que hacemos.

AT: ¿Cuándo comenzó a interesarte la ciencia?

A. C.: Desde pequeña. Siempre me ha interesado todo (también las letras y las artes como la música). Las matemáticas se me daban bien y disfrutaba resolviendo los pequeños problemas de la escuela. Mi padre es un apasionado de la ciencia ficción y me lo contagió a mi también. Creo que de allí sale mi interés hacia el cosmos y el Universo que fue lo que me motivó para hacer física.

AT: El proyecto Quantum Spain tiene como objetivo crear el primer computador cuántico del sur de Europa, pero… ¿Cuál es tu labor concreta como Senior Researcher en el BSC-CNS?

A. C.: Soy la coordinadora del proyecto Quantum Spain, es decir, la responsable de que el proyecto salga adelante y de coordinar todas sus partes. Además de este rol de coordinación, sigo realizando mi investigación en el grupo Quantic del BSC-CNS. Como “Senior Researcher” participo en los proyectos que tiene el grupo (Quantum Spain es solo uno de ellos) y realizo mi labor investigadora en colaboración con el resto de miembros (postdocs, estudiantes de doctorado, estudiantes de máster, etc).

AT: IBM ha presentado un estándar para medir el rendimiento en computación cuántica (CLOPS: Circuit Layer Operations per Second) que tiene en cuenta la velocidad real con la que se completa una carga de trabajo con éxito y la latencia de interacción entre los reinos de la computación cuántica y la clásica. ¿Qué opinas sobre ello y qué ventajas crees que tiene?

A. C.: Esta medida es muy reciente. Antes IBM propuso el Quantum Volume, que consiste en ver cuántas operaciones es capaz de hacer un dispositivo cuántico teniendo en cuenta el número de cúbits y el número de puertas cuánticas que se pueden implementar. Hay otras medidas de “Benchmark” propuestas por otros grupos y empresas. Al final el tiempo dirá cuál es la más acertada o acertadas. Lo que evidencia es que hace falta explorar de qué modo podemos comparar diferentes dispositivos cuánticos y hay mucho camino por recorrer todavía y mucha investigación en ese sentido.

AT: La computación cuántica es un paradigma muy diferente a la computación convencional. La lógica es diferente, algunos lenguajes de programación para computadores clásicos no son compatibles y, además, las computadoras cuánticas actuales necesitan de una computadora clásica para traducir las cargas de trabajo en un formato compatible con QPU. ¿Crees que eso seguirá siendo así o se podrá operar únicamente en espacio cuántico en un futuro?

A. C.: No es cierto que los lenguajes no sean compatibles. Muchos algoritmos cuánticos usan subrutinas de optimización clásicas (los llamados Variational Quantum Algorithms o Algorítmos híbridos). El lenguaje de programación cuántico también es clásico. La parte cuántica de un ordenador cuántico es el hardware, no el software. Nuestro mundo, nosotros, somos clásicos, por tanto para acceder a la información cuántica tenemos que traducirla a información clásica sí o sí. El objetivo del ordenador cuántico es procesar la información de modo cuántico pero sabiendo que el resultado final será una cadena de bits clásicos. Por tanto, no solo vale con correr un algoritmo en una máquina cuántica, tienes que asegurarte que lo que obtengas tendrá un cierto sentido.

AT: Actualmente se ven algunas de esas monstruosidades de máquinas cuánticas, que en su mayoría son solo un sistema de enfriamiento y un chip del tamaño de uno convencional. ¿Esto se podría reducir en un futuro? Es decir…¿Veremos ‘QPCs’ en las casas algún día o seguirán siendo QaaS por mucho tiempo? Supongo que para eso habrá que sortear muchos obstáculos, como la refrigeración necesaria, y crear máquinas que operen a temperatura ambiente.

A. C.: Lo de los sistemas de enfriamiento es solo una de las tecnologías cuánticas (superconductores). Hay otras como las basadas en fotónica que pretenden meterlo todo en un chip y que no necesitan de estos refrigeradores. Otras, como los átomos fríos o iones, funcionan a temperatura ambiente aunque necesitas una mesa óptica muy grande. Los refrigeradores de dilución se están empezando a miniaturizar. Pienso que en el futuro se conseguirán hacer más pequeños aunque no se si la máquina lo será también. Al fin y al cabo, ahora podemos meter hasta 50-100 qubits en cada refrigerador y queremos tener millones, así que o se hacen pequeños o no podremos con ello. Esta tecnología tiene unos pocos años de vida, está en su infancia. En pocos años se han conseguido retos enormes, así que estoy segura de que se conseguirá resolver el problema del tamaño.

Respecto a lo de tenerlos como QaaS o en nuestra casa, la pregunta es: ¿para qué necesitas un ordenador cuántico en tu casa? A caso necesitas un superordenador para enviar un email? Los ordenadores cuánticos serán útiles para unos problemas específicos. Para otros, la computación clásica nos sobra y nos basta. Aunque con esto nunca se sabe, tampoco se creía que un ordenador de sobremesa fuera a ser útil en las casas…

AT: ¿Cuál es el mayor desafío o limitante actual para el desarrollo de la computación cuántica? ¿Es precisamente esa refrigeración, la pérdida de coherencia, la inicialización de los qubits en valores arbitrarios,…?

A. C.: Todos ellos a la vez..

AT: Una de los temas que más me fascinan es las potenciales aplicaciones que pueden tener estos computadores: cifrado, IA, medicina, Quantum Machine Learning, descubrir misterios de nuestro cerebro, etc. Pero hay uno que me parece incluso más interesante aún, y es el de la supremacía cuántica, o cómo estas computadoras pueden resolver problemas que ningún supercomputador clásico podría resolver, por muchos FLOPS que tenga. ¿Por qué es así?

A. C.: Bueno, calma con esto. Todavía no se ha demostrado ninguna aplicación de computación cuántica tenga una ventaja sobre las técnicas clásicas actuales (que son muy sofisticadas). Tenemos teoría e intuición que nos dice que va a haber ventaja cuántica, pero todavía no tenemos evidencias. Los experimentos que mencionas demuestran un problema sin ninguna aplicación directa, lo que se llama “prueba de concepto”. Es el primer paso y demuestra que tenemos dispositivos cuánticos muy buenos ya, pero todavía queda mucho por recorrer hasta encontrar una aplicación útil. Personalmente, no estamos desarrollando esto solo para buscar “la” aplicación. Lo hacemos porque es un nuevo paradigma, una revolución tecnológica, y como tal vale la pena simplemente el camino de desarrollarla. Estoy segura de que encontraremos muchas aplicaciones, pero también de que descubriremos nueva física y tecnología en el propio desarrollo de la computación cuántica.

AT: Además, otra cosa impresionante es que se podrá simular sistemas cuánticos de una mejor forma a como se hace en los supercomputadores actuales, donde no se puede hacer de manera eficiente. Y dado que la física cuántica es casi “magia” (por las cosas tan extraordinarias que esconde) ¿qué crees que se podría conseguir en un futuro gracias al desarrollo de esta computación?

A. C.: La naturaleza es cuántica. Todo lo que nos rodea, en última instancia, lo es. Los átomos, la luz, las moléculas, etc. Por tanto, si queremos entender la Naturaleza, tenemos que bajarnos al nivel cuántico. Eso no es nada fácil si no usas dispositivos con las mismas propiedades cuánticas. De ahí la idea inicial de la computación cuántica. Estamos en un estadio tecnológico que nos permite controlar sistemas cuánticos individuales y fabricarlos con las propiedades que queramos. Esto implica que podremos simular y estudiar la materia al nivel más fundamental y descubrir nuevas propiedades de la misma.

Edificio BSC

AT: Generalmente muchos medios hablan de la superposición y los qubits simplificando mucho, diciendo que pueden ser 1 o 0, o ambos a la vez. Pero cuando se mide un qubit solo se ve un resultado y no ambos a la vez. El resultado, si no me equivoco, se obtiene con una especie de probabilidad, las amplitudes (que pueden ser negativas o positivas). Esto, si lo he entendido bien, es como si te diera una respuesta aleatoria. Entonces, ¿cuál es el potencial real de estos qubits? ¿es la forma de explotar esas amplitudes?

A. C.: La medida individual es aleatoria pero sigue una distribución de probabilidad concreta que viene dictada por las amplitudes de la función de onda de los qúbits. De modo que si mides una sola vez, el resultado es aleatorio, pero si repites el experimento más veces, te dará un resultado con más o menos probabilidad. De la estadística del sampleo extraes el resultado de la computación. Como he dicho, la información a la que tenemos acceso al final es clásica. La “magia” o mejor dicho, la física, se esconde en las partes intermedias, en como se procesa esa información, para que el resultado final estadístico te de un resultado concreto. Algo que se menciona poco es que esas amplitudes de probabilidad pueden ser positivas, pero también negativas o complejas. Esto implica que durante la computación cuántica, las amplitudes de los cúbits pueden interferir y cancelarse o lo contrario. Ahí está parte de esta magia, ya que esto no ocurre con la computación clásica.

AT: Muchas veces los medios dan importancia a la cantidad de los qubits que tiene una máquina cuántica para medir el liderazgo de ciertas empresas como Google, Intel, D-Ware…, y no a la calidad. Pero esto es un error, ¿verdad? Existen qubits “buenos” y qubits “malos” en función del tiempo que mantienen el estado. ¿Puedes explicar esto de forma rápida y sencilla?

A. C.: Sí, hay muchos frentes abiertos. Por un lado necesitamos tener muchos cúbits para que la computación no se pueda simular con un ordenador clásico. Por otro, si los cúbits no tienen calidad, de nada sirve, por dos motivos: si pierden sus propiedades cuánticas (e.g. coherencia), dejan de ser cuánticos y lo que ocurre durante la computación ya no es el algoritmo que queríamos (no sirve de nada), el segundo motivo es que si los cúbits tienen muchos errores, hay técnicas clásicas que los pueden simular eficientemente. De modo que depende de como sean tus qubits, puedes simular miles sin ningún problema si su calidad no es muy buena. Así que hay que atacar y resolver todos los frentes tecnológicos y exigir más cúbits y de mejor calidad, las dos cosas a la vez.

AT: Existen muchas formas de implementar una computadora cuántica (superconductores, Kane, imán molecular, condensado Bose-Einstein, cristales inorgánicos dopados con iones metálicos de tierras raras, etc.). ¿Cuál crees que será la predominante por su potencial y cuál es la que estáis empleando para el proyecto Quantum Spain si se puede hacer público?

A. C.: Nosotros apostaremos por los cúbits superconductores. Es una de las tecnologías más avanzadas y empleadas que ha demostrado escalabilidad (cada vez se hacen chips con más cúbits), calidad (los experimentos de ventaja cuántica se han llevado a cabo con esta tecnología), y compacticidad (podemos instalar un ordenador cuántico “llave en mano” sin necesidad de tener un laboratorio entero dedicado a su mantenimiento y operación). Hay otras tecnologías prometedoras como los átomos fríos, los iones o los fotones, pero de momento teníamos que escoger una para empezar y esa es la que nos parece adecuada en este momento.

Supercomputador Marenostrum España

AT: Y ya que se habla tanto de la independencia tecnológica del Viejo Continente… ¿Los procesadores cuánticos y demás elementos para la computadora cuántica española se fabricarán dentro de Europa?

A. C.: Ese es nuestro objetivo, tanto del proyecto como a nivel europeo. Otros proyectos están apostando por lo mismo y la propia comisión es lo que está pidiendo. Queremos que nuestro ordenador cuántico se fabrique en Europa.

AT: Los 25 centros de investigación de 14 CC.AA., liderados por el BSC-CNS, y esos fondos de 22 millones de euros para 2021, tienen como objetivo, si no me equivoco, tener un prototipo de 2 o 3 qubits funcional para principios de 2023… Supongo que hay objetivos más ambiciosos a medio y largo plazo y que habrá una hoja de ruta trazada. ¿Puedes adelantar algo?

A. C.: Sí, al final del proyecto queremos tener chips de 20 qubits por lo menos. Pusimos este primer objetivo con pocos cúbits pero a cambio de exigir que su calidad sea muy buena. Durante el proyecto, tendremos varios chips con capacidades mejores, no solo uno. El acuerdo es el de ir subiendo en la escala de calidad y número de cúbits durante el proyecto.

AT: ¡Muchas gracias Alba! Todo un placer…

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Isaac

Apasionado de la computación y la tecnología en general. Siempre intentando desaprender para apreHender.

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