juan ignacio cirac sasturain

Sr. Rector Magnífico de le Universitat Politècnica de València Molt Honorable Sr. President de la Generalitat Valenciana Illustrísimo Sr. Alcalde de Alcoi Sres. Rectores Magníficos de las Universidades Valencianas Distinguidas autoridades académicas y políticas, doctores e invitados. Señoras, señores y compañeros Es un gran honor recibir el doctorado honoris causa por la Universitat Politècnica de València, y compartir este privilegio con personas tan ilustres como los que conforman la lista de los distinguidos con este alto honor. Por ello, en primer lugar me gustaría dar mi más cordial agradecimiento al Instituto Universitario de Telecomunicacioniones y Aplicaciones Multimedia de esta universidad y en particular, a su director, el Dr. José Capmany por proponer mi candidatura, y al Consejo de Gobierno de la Universidad por haberla apoyado. También deseo agradecer a mis compañeros y colaboradores el trabajo que han llevado a cabo durante los últimos veinte años, y que ahora se ve reconocido. Estoy, además, especialmente agradecido a las dos universidades valencianas, la Universitat Politècnica de València y la Universitat de València, por haberme concedido esta alta distinción dentro del Campus de Excelencia en la que ambas participan. Mi campo de trabajo es la información cuántica, en el que investigamos nuevas formas de codificar, procesar y transmitir información basadas en las leyes de la Física Cuántica. Esta es una teoría que describe el mundo microscópico, de los átomos, las moléculas, los electrones, los fotones, y otras partículas que componen la materia y las fuerzas fundamentales que subyacen en la mayoría de los fenómenos que ocurren en la naturaleza. Fue descubierta y desarrollada en el siglo pasado y es responsable de muchas de las aplicaciones de las que disfrutamos hoy en día, como las derivadas de la electrónica, las reacciones químicas, o la energía nuclear. De hecho, su descubrimiento dio lugar a una revolución, la llamada Revolución Cuántica, que no solo se tradujo en multitud de aplicaciones, sino que también cambió definitivamente nuestra forma de entender el mundo que nos rodea. En particular, esta teoría nos dice que la realidad que existe ante todos nosotros no es como la imaginamos, sino que puede dar lugar a fenómenos extraordinarios que rompen con todos nuestros esquemas científicos desarrollados hasta la fecha. Este aspecto, que ha dado lugar a numerosas paradojas y a la creencia popular de que la física cuántica es una teoría misteriosa y exótica, no ha sido explotado hasta ahora. Las aplicaciones derivadas de la revolución cuántica se basan en otros aspectos de esta teoría, muy importantes, pero no tan extraordinarios. Pues bien, el desarrollo tecnológico que hemos experimentado durante los últimos años nos ha permitido no solo verificar esta teoría, sino también controlar y dominar todos sus aspectos hasta límites insospechados. Esto está dando lugar a una nueva revolución, la segunda revolución cuántica, que promete nuevas aplicaciones en campos como la informática y la comunicación. Y es precisamente en este campo en donde mi investigación se ha concentrado. En este breve discurso quiero resaltar algunos de las aplicaciones que estamos desarrollando actualmente, así como dar una perspectiva sobre lo que nos espera en un futuro no muy lejano. Hoy en día existe una variedad de técnicas para simular el comportamiento de la mayoría de los objetos que nos rodean. Los arquitectos pueden diseñar edificios complejos con la ayuda de un ordenador y asegurarse de su estabilidad bajo condiciones extremas. Los ingenieros también diseñan la mayor parte de las piezas de coches, trenes, barcos, o aviones con la ayuda de ordenadores, con total seguridad de que, una vez construidos, tendrán las características deseadas. A principios del siglo pasado, sin embargo, esto no era así. Por ejemplo, para saber si un avión iba a volar necesitaban primero construirlo y luego probarlo. El advenimiento de los ordenadores modernos, el desarrollo de la teoría de materiales, la electrónica y de otros muchos campos de la ciencia e ingeniería, así como el adelanto en las técnicas y algoritmos computacionales, nos han abierto la puerta de la simulación y con ello, el acceso a una sociedad tecnológica avanzada. La posibilidad que tenemos de simular el comportamiento de los objetos del mundo que nos rodea contrasta con la dificultad que aparece cuando queremos estudiar los objetos microscópicos. Así, no sabemos predecir, incluso utilizando los ordenadores más modernos y los algoritmos más avanzados, cómo se comportan unos cientos de átomos, electrones u otras partículas microscópicas, bajo ciertas condiciones. Es ciertamente paradójico el hecho de que no podamos llevar a cabo estos estudios, mientras que sí somos capaces de describir con precisión objetos macroscópicos, formados por una cantidad ingente de átomos y electrones. Este contraste radica en que, para estos últimos, basta con aplicar la física clásica, mientras que para las partículas microscópicas necesitamos las leyes de la física cuántica. Desafortunadamente, existen muchos problemas relevantes en donde se da esta situación, tales como el estudio de compuestos y reacciones químicas, o el diseño de materiales con características eléctricas y magnéticas especiales. Por tanto, uno de los desafíos más relevante de la Física Moderna es encontrar métodos eficientes para simular sistemas cuánticos compuestos por muchas partículas. Los obstáculos que impone la física cuántica en el campo de la simulación son conocidos desde hace muchos años. Richard Feynman, uno de los pioneros de la electrodinámica cuántica, ya avanzó una posible solución en un artículo visionario que escribió en el año 1982. En él, Feynman razona que no es natural intentar resolver problemas cuánticos con ordenadores que están basados en las leyes de la Física Clásica. Propone, por el contrario, utilizar simuladores cuánticos para atacar estos problemas. La idea de Feynman era utilizar partículas que obedezcan las leyes de la física cuántica, como átomos, para almacenar y procesar los estados de los objetos que queremos describir. Para estudiar N partículas necesitamos N átomos, y no un número exponencial, como ocurre con los ordenadores habituales. Así, si queremos describir un material compuesto por 300 espines, podemos tomar en su lugar 300 átomos. Por supuesto, el precio que hay que pagar es que debemos tener un control absoluto sobre esos átomos para poder preparar las superposiciones cuánticas. Las ideas de Feynman pueden ser consideradas como un preludio de los ordenadores cuánticos. Éstos utilizan las leyes de la física cuántica para hacer cálculos que no son posibles con los ordenadores usuales, incluso con los más modernos superordenadores. La idea fundamental es que un conjunto de átomos pueden estar en superposiciones y, por tanto, realizar varias tareas a la vez. En cierto modo, es como si un solo ordenador cuántico pudiese realizar la tarea de 2N ordenadores clásicos en paralelo, en donde N es el número de átomos. Este paralelismo cuántico puede ser utilizado para resolver ciertos problemas de manera mucho más eficiente que con los ordenadores clásicos. Lo que proponía Feynman, en definitiva, era utilizar un ordenador cuántico para simular sistemas de muchas partículas. Los ordenadores cuánticos tienen otras aplicaciones, más allá de la simulación. Con ellos podríamos resolver problemas que jamás seremos capaces de atacar ni con los superordenadores más modernos. Por ello, existe actualmente un esfuerzo internacional enorme con el objetivo de construir este tipo de ordenadores. Los primeros prototipos ya funcionan, aunque sólo están compuestos de 10 o 15 átomos. En estos momentos el problema ha traspasado el ámbito científico y ya se encuentra en manos de ingenieros. De hecho, algunas compañías informáticas han hecho grandes inversiones para acelerar el proceso de construcción de estos ordenadores. Aun así, es de esperar que todavía sea necesario un gran esfuerzo para tener éxito en este objetivo tan ambicioso. Además, necesitamos introducir nuevos algoritmos para resolver nuevos problemas, y desarrollar el software necesario para poder utilizar estos ordenadores de manera eficiente. El otro campo en el que la física cuántica puede ofrecer nuevas soluciones es el de la comunicación. De acuerdo con esta teoría, es posible hacer que la información desaparezca de un lugar y aparezca en otro preestablecido, sin que pase por en medio. De hecho, esta propiedad tan extraordinaria es una consecuencia directa del tele-transporte cuántico, descubierto en los años noventa y que ha sido demostrado en multitud de experimentos. Gracias a él, es posible enviar información de un lugar a otro sin que pueda ser interceptada por terceros, lo cual tiene aplicaciones obvias en el campo de la criptografía, ya que ofrece una manera segura de transmitir información secreta. Existen ya varias empresas que comercializan sistemas de comunicación cuánticos, aunque las prestaciones no son todavía las ideales. En este campo existe también un gran esfuerzo y colaboración entre físicos e ingenieros para abaratar los costes y mejorar las prestaciones de los sistemas actuales. Además de certificar la seguridad de una comunicación, la física cuántica ofrece nuevas opciones para enviar información de manera más eficiente. A través del principio de superposición es posible codificar información de tal forma que resolvamos problemas de comunicación enviando menos señales. También existen nuevos protocolos de firmas electrónicas, votaciones a distancia, o tarjetas de crédito que no se pueden copiar. En definitiva, en estos momentos tenemos la fortuna de ser testigos de una situación muy especial en la que tenemos acceso a nuevas leyes de la naturaleza y empezamos a vislumbrar las primeras aplicaciones. Estoy convencido de que, a partir de ahora, con la incorporación de ingenieros y emprendedores en este campo, nuevas ideas y aplicaciones aparecerán y que, hoy en día, no podemos ni imaginar. Es, por tanto, un momento muy especial para entrar en este campo de investigación, sobre todo para las generaciones más jóvenes. Para mí es un gran privilegio poder contribuir, junto a mi equipo de investigación, al progreso dentro de este campo. Y es, además, una gran satisfacción que este trabajo se vea recompensado con el gran honor de recibir el doctorado honoris causa por la Universitat Politècnica de València. Por todo ello, reitero mi agradecimiento a esta magnífica universidad, y en especial a las personas responsables de mi nominación. Finalmente, deseo dar mi agradecimiento también a mis padres por el apoyo que me han dado siempre, y a mi familia, por su paciencia y resignación cuando, debido al trabajo, no les he podido dar la atención que se merecían.