«Simulazio kuantikoa ez da iraultza bat, baina bai eboluzio oso garrantzitsua»

Simulagailu kuantikoek hurrengo hamarkadan izanen dituzten erabilerez eta garapenaz mintzatzeko, Euskal Herrian da Maciej Lewenstein fisikari eta Kataluniako ICREA Zientzia Fotonikoen Institutuko ikerketa irakaslea (Varsovia, 1955). Optika eta informazio kuantikoan ekarpen nabarmenak egin ditu. Herenegun Bilbon izan zen, DIPC, EHU eta BCAMek antolatutako Ikur solasaldietan. «Oso optimista naiz simulagailu kuantikoekin; ez, ordea, ordenagailu kuantiko unibertsalekin», esan du.

Fisika kuantikoak interes handia pizten du gaur egun?

Azken urteetan, interes handia dago. Teknologia kuantikoen alorrean badira zenbait atal: konputazio kuantikoa, simulazio kuantikoa, konbertsio kuantikoa, metrologia mekanika kuantikoa erabiliz egiten diren zehaztasun neurketak, komunikazioa, kriptografia segurua eta konputazioa. Mundu guziak nahi ditu arazo guztiak konpon ditzaketen ordenagailu kuantiko unibertsalak, baina makina horiek ez dira existitzen, praktikan. Mekanika kuantikoan, partikulek ez dute jokatzen billarreko bolek bezala, baina badute materia uhinen izaera. Uhin guziekin bezala, partikulek interferitu dezakete. Interferentzia fenomeno hori, uhin ezberdinen gainjartze hori, oso garrantzitsua da konputazio kuantikoan. Oso fenomeno hauskorra da: partikula horien behaketa edo neurri bakoitzak suntsi dezake. Oso zaila da konputazio kuantiko egonkor bat izatea.

Orduan agertzen da simulagailu kuantikoen egitekoa?

Simulagailu kuantikoen ideologia hauxe da: prozesu fisiko interesgarri batzuk dituzu; adibidez, supereroankortasuna. Esperimentuen bidez aztertu dugun fenomenoa da hori, eta horretan korronte elektrikoa praktikoki erresistentziarik gabe eroan daiteke. Oso inportantea da hori, munduko energia arazo guztiak konpondu baititzakegu kable supereroaleekin. Arazoa da tenperatura oso apaletan bakarrik erabil daitezkeela. Baina fisikan badaude supereroaletasun fenomeno horrek nola funtzionatzen duen azaldu dezaketen modelo teoriko batzuk, eta horrek lagundu gaitzake fenomenoa hobeki ulertzen. Nola egin dezakegu hori? Adibidez, atomo ultrahotzen sistema bat hartu, laser eremuetan kontrolatzeko modukoa, eta simulatu modelo horrekin elektroiak supereroaleetan deskribatzen dituen modeloa. Hori da simulagailu kuantiko bat: kontrolatu dezakegu eta ikertu dezakegu supereroaletasunaren fenomenoa modelo esperimental batekin.

Simulazioa erabiltzea beste aukerarik ez dagoela. Hori da?

Modelo horretarako behar duguna kalkulatzea oso zaila da ordenagailu klasiko batentzat. Beraz, ikerketa gaia simulatzen duen sistema esperimentala eraiki nahi dugu. Azken urteetan sistema eta plataforma askotan egin daitezke horrelako simulazio kuantikoak. Qubit oinarrizko unitate bat da konputazio kuantikoan. Sistema hori ordenagailu kuantiko unibertsalean erabil dezakegu, baina ez du ongi funtzionatzen. Simulagailuarekin bai, ordea.

Simulazioa egin behar da, ez dagoelako ordenagailu kuantiko egokirik?

Bai. Konputazio kuantikoan, akatsak saihestu behar dituzu. Behar duzu informatikan fault tolerant error correction [hutsegiteak toleratzen dituen akats zuzentzailea] deitzen dena. Hori falta zaigu, baina simulagailuetan ez da beharrezkoa; akatsen bat egitea ez da garrantzitsua, zure sistemaren parte delako. Filosofia ezberdina da, beraz.

Nolako akatsak izan daitezke?

Normalean, ordenagailu kuantikoek zirkuitu kuantiko baten pare funtzionatzen dute. Ate kuantiko logikoen sistema bat da, eta zure qubitekin jokatzen dute. Jokabide horrek oso zehatza izan behar du, behin eta berriro aplikatzen duzunean akatsak metatuz joaten direlako. Horregatik behar duzu akatsen zuzentzailea. Kontua da qubit baterako, error correction-ekin funtzionatzeko, 10.000 qubit gehigarri behar dituzula. Beraz, 100 qubit dituen konputagailu bat nahi baduzu —eta hori ez da asko— milioi bat qubit behar duzu, eta ez dago horretarako makinarik. Baina zuk 100 qubit badituzu akatsen zuzenketa hori gabe, simulazio kuantiko interesgarriak egin ditzakezu, eta horren bidez zerbait jakin supereroaleen fisikari buruz.

Zein da alderik handiena ohiko ordenagailu baten eta ordenagailu kuantiko baten artean?

Ordenagailu eta, zehazki, simulagailu kuantikoek qubit askoko egoerak sor ditzakete, korrelazio kuantikodunak; hori ez da posible makina klasikoekin. Bestalde, korrelazioak dituen sistema bat baduzu, gauza askotarako erabil dezakezu: zehaztasun handiko neurketetarako, komunikaziorako... Hori da alor garrantzitsuenetako bat. Egoerak sor ditzakezu korrelazio kuantiko masiboekin.

Zer egin daiteke simulazio sistema horiekin?

Modelo teoriko eta egoera eta dinamika kuantiko ezberdinak ikertu ditzakegu. Aplikazio gehienak, oraingoz, oinarrizko fisikarako dira. Baina estimulazio kuantiko horiek kimika kuantikoa simulatzeko nahi lituzke jendeak. Badira ideiak simulagailu kuantikoak optimizazio problemetan erabiltzeko ere, industriarako garrantzitsuak baitira. Hastapenetan gaude, baina norabide horretan ibiliko gara hurrengo hamarkadetan.

Nola eragin dezake simulazio kuantikoak zientzia materialetan?

Material berriak diseinatu nahi dituzte, propietate onenekin. Hori ikertu dezakezu simulagailu kuantikoekin, etorkizunean ekoitzi nahi duzun materialaren modelo bat sortu baitezakegu, eta ikusi zein diren parametro egokiak material berrien propietateak kontrolatzeko.

Botika berrien aurkikuntzan eragin dezake?

Hori urruti ikusten dut. Farmazia, lehenik eta behin, kimika da. Galdera da nola diseinatu ditzakegun molekula berriak, eta, horretarako, simulatzaile kuantikoak baliagarriak dira.

Eta biologiaren alorrean?

Hori berdin. Oso-oso urruti gaude. Gaur egun, praktikan, oinarrizko fisikan erabil daitezke simulagailu kuantikoak. Probak egiten ari gara kimika kuantikoaren eta optimizazio programen alorretara ere zabaltzeko, baina urruti gaude ordenagailu klasikoekin lehian aritzeko.

Zertan da ikerketa kuantikoa?

Ordenagailu kuantiko unibertsalik ez dugu oraingoz, eta gutxienez hamar urte beharko genituzke lehenbiziko emaitza esanguratsuak lortzeko. Oraindik galdera asko erantzun behar ditugu, eta erronka oso zailak ditugu. Baina badira simulatzaile kuantikoak, eta emaitza interesgarriak lortzen dituzte jada.

Simulazio kuantikoak iraultza moduko bat ekarriko du?

Ez nuke esanen iraultza bat denik, baina bai eboluzio oso garrantzitsua.