Un grupo de investigadores e investigadoras de la Universidad de Laguna, formado por Daniel Escánez Expósito, Jorge García Díaz, Daniel del Castillo, la catedrática Pino Caballero Gil y el profesor titular de la Universidad de la Rioja Eduardo Sáenz de Cabezón ha desarrollado un enfoque innovador para estudiar el Juego de la Vida, el famoso experimento matemático creado por John Conway en 1970. Su trabajo, titulado “QGoL: Quantum Game of Life”, propone una versión probabilística del juego y un modelo cuántico capaz de simular su evolución de manera eficiente, incluso en escenarios complejos que serían difíciles de abordar con métodos tradicionales.
El Juego de la Vida clásico consiste en un tablero lleno de casillas cuadradas, llamadas células, que pueden estar vivas o muertas y cambian de estado, generación tras generación, siguiendo reglas muy sencillas. Para aplicarlas, cada célula cuenta sus células vecinas vivas. El turno siguiente se decide en base a este número y al estado actual de la casilla: es decir, si está viva o muerta en la generación actual. A pesar de su simplicidad, el juego produce patrones curiosos: algunas estructuras permanecen inalterables, otras oscilan como un reloj o se desplazan por el tablero como pequeñas “naves”.
“El Juego de la Vida es muy conocido; creo que todo el estudiantado de informática lo conoce, porque siempre aparece como práctica en los primeros cursos”, explica Escánez Expósito. “Es realmente sorprendente cómo, a partir de reglas muy simples, emergen comportamientos tan complejos”, agrega.
El estudio, publicado en la revista Quantum Information Processing, aprovecha la naturaleza no determinista de la computación cuántica para generalizar este juego. En lugar de que las células puedan estar completamente vivas o muertas, con el enfoque cuántico se comportan de manera probabilística, pudiendo estar en ambos estados a la vez. Esto hace que los patrones sean menos previsibles, como si se tratara de sistemas vivos con comportamientos más complejos.
En lo que se refiere al funcionamiento de esa probabilidad: “Cuando estamos en este esquema cuántico, la célula ya no está completamente viva o muerta. Ahora puede tener, por ejemplo, un 50% de probabilidad de estar viva y un 50% de estar muerta, como al tirar una moneda y que salga cara o cruz. Además, estas probabilidades podemos manipularlas tanto como queramos, alcanzando distintas ponderaciones: 70-30, 60-40, 0-100, cualquier combinación que sume 100 es posible. Entonces, para aplicar las reglas, ya no es trivial contar los vecinos vivos. Ahora tus vecinos tienen probabilidades, y se debe calcular cómo afectan a la célula en la siguiente generación. Fue el primer problema al que nos enfrentamos, y a través de la computación cuántica se pudo expresar de manera sencilla y directa”, explica Escánez Expósito.
Haciendo uso de la computación cuántica, el equipo investigador puede calcular muchas posibilidades al mismo tiempo. “Si tuvieras que hacerlo con un ordenador clásico o a mano, tendrías que hacer un número exponencial de multiplicaciones”, apunta. “Pero con la computación cuántica, el circuito hace todas esas operaciones a la vez, de manera natural, gracias a la superposición”, añade.
Para demostrarlo, el grupo desarrolló dos versiones del modelo: una clásica, programada en Rust; y otra cuántica, utilizando Qiskit, el software de IBM para trabajar con ordenadores cuánticos. La versión cuántica permite explorar patrones y reglas más complejas de manera eficiente. Además, el equipo investigador creó un mecanismo denominado “contador cuántico del peso de Hamming”, que permite medir la influencia probabilística de los vecinos de cada casilla (célula) en su evolución, adaptándose a distintas configuraciones de vecindario, tamaños de tablero o reglas.
Este artículo tiene aplicaciones en inteligencia artificial y simulaciones de sistemas complejos. “El Juego de la Vida cuántico puede modelar cualquier aplicación del juego clásico, pero computándolo mediante mecánica cuántica”, señala Escánez Expósito. “Se puede usar para estudiar fenómenos probabilísticos, como sistemas biológicos, sociales o económicos, y entender cómo reglas simples generan comportamientos variados”, cuenta.
Por ejemplo, el investigador cuenta un caso llamativo: “En otro artículo, publicado también por compañeros del grupo, se utilizaba una modificación del Juego de la Vida para modelar el comportamiento de los aparcamientos de vehículos. Se trataba de predecir cómo evoluciona temporalmente el estacionamiento en función de unas reglas. Ilustra muy bien cómo un sistema sencillo puede simular procesos que cambian generación tras generación”.
El trabajo también aporta valor a la investigación en computación cuántica básica. “No siempre buscamos la aplicación directa de las cosas”, señala Jorge García Díaz. “El hecho de estudiar estas ventajas cuánticas ya añade valor a la Universidad de La Laguna y al grupo de investigación en criptología, CryptULL”, añade.
Escánez Expósito destaca la importancia de desarrollar ciencia con independencia de sus aplicaciones, especialmente en una tecnología tan emergente como la computación cuántica: “Todavía está en cuestión en qué áreas tendrá un mayor impacto. Con el hardware que existe hoy en día, la tecnología aún necesita desarrollo para dar el resultado esperado. Una vez superada esta barrera, la criptografía o la química parece que serán las primeras disciplinas afectadas. En cualquier caso, la investigación seguirá dirigiendo el avance tecnológico”, concluye.
