Cada vez que una modificación más o menos considerable en el mundo de la tecnología sucede, se suele decir que se está ante un ‘cambio de paradigma’. Esta expresión no sería del todo correcta, pues para que eso suceda, la transformación ha de ser verdaderamente significativa. Se prevé que el próximo y auténtico cambio respecto a lo que existe a día de hoy, se dará cuando la computación clásica conviva con la computación cuántica. Pero… ¿Eso cuándo será? La respuesta aún se desconoce.
Todo lo que ya existe dentro del mundo de los ordenadores, bien sean los propios pc’s o las tablets y teléfonos móviles, etc, pertenecen a la computación clásica, basada en la electrónica y que utiliza códigos en forma de bits. Este tipo de computación, aunque aprovecha algunos fenómenos cuánticos para sus chips, lleva la esencia de la física clásica, con la que se estudiaban las ondas, la fuerza, el sonido y demás magnitudes de ese tipo.
Sin embargo, a principios del siglo XX, se entendió que ese tipo de física no era suficiente para poder estudiar partículas muy pequeñas, es decir, los átomos. Por eso surgió la física cuántica. De ahí lleva esta tecnología emergente, la computación cuántica, su nombre. Se trata de un tipo de computación con unas “particularidades que sorprenden”, según Luis Meijueiro, investigador del Equipo de Computación Cuántica en CTIC Centro Tecnológico. Son “unas computadoras que no tienen nada que ver con las que conocemos”, dijo, “cuya unidad de información son los cúbits” (también qubits).
Utilidad - Ventaja - Supremacía
Una de las grandes diferencias es que los bits representan solo 0 o 1, mientras que los qubits pueden estar en ambos estados a la vez (0 y 1). Al ser átomos, “tiene infinitos estados entre el cero y el uno, por tanto se expresa en porcentaje, es una probabilidad con su matemática específica”, lo que permite procesar información mucho más rápidamente en ciertos problemas. Pero también nos encontramos barreras porque, como explica Meijueiro, “se producen inconvenientes con la estabilidad de los cúbits, errores y pérdida de coherencia, además de altos costos y la necesidad actualmente de una refrigeración extrema, a más de 200 grados bajo cero. Además, se necesita infraestructura especializada que solo está disponible en algunos centros”.
Se trabaja con una mayor información, por lo que con pocos cúbits se procesan muchísimos estados y de una forma muy rápida, pero la exposición al error también es más elevada, de hecho, “con una computadora clásica puede haber un error cada mil millones de operaciones, pero con una cuántica hay hasta uno por cada cien”.
Otras limitaciones tienen que ver con la escasez de profesionales y dudas sobre la tecnología: “Hay pocas personas expertas en el área, lo que dificulta enfrentar los desafíos”. Y también, como sucedió con la Inteligencia Artificial, “falta de regulación, riesgos de seguridad y retorno incierto. La ausencia de normas claras y los posibles riesgos de ciberseguridad hacen difícil que las empresas inviertan, especialmente cuando no hay garantías de beneficios a corto plazo”.
Esta tecnología disruptiva se encuentra aún en un estado incipiente: Meijueiro asegura “está en una fase de desarrollo, con aplicaciones prácticas muy limitadas y todavía en etapa de pruebas en entornos controlados en Europa y España”. Se encuentra en la denominada etapa de ingeniería en la que “hay muchos tipos de ordenadores cuánticos con líneas generales comunes pero con tendencias diferentes; son experimentales y necesitan más desarrollo para lograr estabilidad y poder ampliarse a mayor escala”.
En cuanto a la escalabilidad, el investigador de CTIC estima que “para finales de esta década o principios de la siguiente, podríamos tener algo escalable. Google promete tener en tres años una computadora cuántica con cúbits de alta fiabilidad”. Aunque se habla de que Google ya ha logrado la ‘supremacía cuántica’, Meijueiro aclara que esta afirmación no es del todo precisa: “Para hablar de verdadera supremacía, se debería superar a las supercomputadoras actuales en los centros de datos, lo cual requiere cientos de cúbits de alta calidad; y aun con eso, no se lograría una ventaja cuántica clara. Es un objetivo ambicioso. La computación cuántica actualmente está en una etapa de utilidad”.
Las organizaciones que están avanzando en esta tecnología son, principalmente, las empresas líderes en el sector, “que invierten en investigación y forjan alianzas con centros de innovación y universidades. Entre estas destacan IBM, Google y startups como Multiverse Computing en Europa, que se dedican a crear esa parte más etérea programando a nivel de puertas lógicas y a desarrollar algoritmos cuánticos”. Las empresas ‘comunes’, asegura Meijueiro, “necesitarán el apoyo de estas otras organizaciones para aprender a aprovechar esta tecnología”.
“Con poco hace mucho”
¿Qué sectores serán los que más se beneficien de la computación cuántica? Lo ideal, afirma Luis Meijueiro, es que “todo el mundo se beneficie”, pero “quienes necesiten mejorar problemas complejos en el campo de la química, la física, o la ingeniería aeronáutica, serán quienes más provecho sacarán”.
Sectores como el energético, finanzas, farmacéutico y la logística también aprovecharán la computación cuántica, ya que es “especialmente útil para resolver problemas complejos de optimización, simular moléculas y analizar grandes volúmenes de datos”. Esta tecnología será capaz de resolver problemas matemáticos que actualmente son inabordables o que, en condiciones normales, requerirían años. La computación cuántica podrá resolverlos en un tiempo razonable, abriendo nuevas posibilidades en estos sectores.
Entre las ventajas más destacadas de la computación cuántica se encuentran “su velocidad y capacidad superiores para resolver problemas complejos, imposibles de abordar para la computación clásica., Este avance permite beneficios como el ahorro energético, además de facilitar la creación de nuevos materiales y la mejora significativa de los algoritmos de Inteligencia Artificial. En resumen, la computación cuántica logra “ hacer mucho con poco”.
Las grandes empresas son las que muestran mayor interés en la computación cuántica, ya que “necesitan obtener beneficios antes que nadie”. Les siguen las pymes tecnológicas y las organizaciones enfocadas en la privacidad y seguridad de las comunicaciones cuánticas, puesto que “para 2030 debemos estar preparados con sistemas resistentes a posibles ataques.”Como ocurre con cada nueva tecnología, algunas empresas utilizarán la computación cuántica como una herramienta de marketing; sin embargo “la barrera de entrada será alta y no todas están preparadas para aprovechar su potencial”.
Los 3 pilares de CTIC para la computación cuántica: ISAAC, QUTE y ARQA
“Desde CTIC”, señala Meijueiro, “podemos ayudar a las empresas mediante simulaciones cuánticas, capacitaciones básicas y talleres para que comprendan cómo la cuántica puede beneficiar su negocio, además de ofrecerles acceso a simuladores, asesoría experta, formación y colaboración en proyectos para explorar aplicaciones prácticas de esta tecnología”.
En CTIC disponen de un simulador: “Desde 2019, contamos con la ayuda de ISAAC (Infraestructura Avanzada para la Simulación Cuántica), una potente supercomputadora capaz de lograr simulaciones cuánticas de hasta 38 cúbits y que sitúa al equipo de cuántica de CTIC en la élite, siendo en una de las organizaciones españolas con mayor capacidad de simulación en este campo y una de las más avanzadas de Europa.
A través de la plataforma QUTE que han desarrollado, pionera en Europa y que ya está siendo utilizada por personal investigador a nivel global, la comunidad científica tiene acceso a este simulador, cuyo núcleo es precisamente la supercomputadora ISAAC. QUTE se utiliza para crear algoritmos experimentales y para importar programas o algoritmos que han sido desarrollados con otras plataformas, de tal manera que pueden ser ejecutados en el simulador y aplicados a la solución de problemas del mundo real.
De este modo, CTIC se posiciona a la vanguardia en la investigación de aplicaciones prácticas de la computación cuántica para la industria. Mientras se anticipa una evolución hacia ordenadores cuánticos más pequeños y accesibles, CTIC explora soluciones avanzadas para optimizar procesos logísticos, mejorar la modelización molecular y reforzar la ciberseguridad mediante esta tecnología innovadora.
Esta trayectoria de CTIC en el ámbito de la computación cuántica le ha llevado a liderar la Red de Excelencia Cervera ARQA. Luis Meijueiro explica “ARQA es una alianza de centros tecnológicos creada para llevar la investigación aplicada en computación cuántica directamente al sector productivo”, y añade “esta Red tiene como objetivo definir un plan tecnológico para resolver problemas complejos a los que se enfrenta la industria española (e internacional) en su modelo productivo, evaluando si las técnicas de computación cuántica son viables y eficaces para estos desafíos”.
También forman parte de dicha red EURECAT (Centro Tecnológico de Cataluña) e ITG (Instituto Técnico de Galicia), centros con los que CTIC colabora también en otras redes de excelencia Cervera, incluyendo una en el área de la Inteligencia Artificial. Los tres centros tecnológicos que conforman la red ARQA están muy comprometidos con la transferencia de tecnología a las empresas, y cuentan con líneas de I+D estructuradas y estables en este ámbito emergente y de gran potencial.
Los Programa de Ayudas a Centros Tecnológicos de Excelencia “Cervera” financian programas estratégicos de investigación, desarrollo e innovación, desarrollados por Centros Tecnológicos de ámbito estatal en cooperación. Participar en ellos es una forma de reconocimiento de la capacitación que otorga el Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (CDTI), vinculado al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
CTIC es el centro tecnológico español con mayor capacidad de simulación en computación cuántica, y uno de los más avanzados a nivel europeo. El liderazgo de la Red ARQA refuerza su papel como referente en computación cuántica a nivel nacional, y contribuirá a reforzar sus capacidades y posicionamiento en este ámbito.
Primeras utilidades cuánticas
Dentro de esa red ARQA están desarrollando algunos proyectos con los que abordarán aspectos complejos y comunes a muchas empresas: la clasificación, “acelerando el procesamiento de grandes volúmenes de datos, algo clave para sectores como la observación satelital”; la optimización, “tratando de encontrar soluciones más eficientes para problemas complejos, como gestionar redes de energía (smart grids)”; y la IA generativa en la detección de fraudes, "abriendo nuevas posibilidades en inteligencia artificial, como la detección de fraudes basados en IAs avanzadas (banca)”.
Clasificación de imágenes
Los satélites capturan imágenes desde arriba que luego deben clasificarse según elementos como agua, masas forestales o áreas de explotación agrícola. El desafío, explica Meijueiro, es “saber cómo clasifico estos elementos y cómo diferencio en una imagen qué es verde, agua, terreno con algún material particular.Capturas la imagen, pero luego necesitas procesarla para darle relieve, color y altura”.
Los ordenadores clásicos abordan esta tarea, por ejemplo, mediante Inteligencia Artificial, “aunque debido a la cantidad de elementos presentes en cada imagen, el proceso puede ser lento y menos preciso en detalles”. La computación cuántica, en cambio, permite un procesamiento masivo de datos, logrando operar a un nivel de precisión mucho mayor. En la Red ARQA, disponen de un demostrador que trabaja intentando que esta tecnología tenga una utilidad.
Optimización del reparto energético
Hay un campo que eligieron en ARQA por su potencial: la energía. Están cambiando las redes inteligentes; las necesidades de energía son cada vez mayores y existe una posibilidad de que los productores no sean simplemente una central energética, una planta, sino que es más asequible tener la energía a nivel micro: “Lo puede tener un barrio o incluso una persona cualquiera en su propia casa. Se forma una infraestructura comunitaria que genera su propia energía y devuelve los excedentes a la red.”, destaca Luis.
Esto da lugar a lo que se llaman plantas virtuales, que combinan varias instalaciones pequeñas para funcionar como una gran planta de energía. Y la computación cuántica, según Luis, “puede aumentar la rentabilidad de las mismas al utilizar algoritmos que optimizan la distribución de energía entre los puntos de suministro, lo que redunda en costos más bajos y mayor eficiencia”.
Detección de fraudes
Las Inteligencias Artificiales no solo se usan para cosas buenas, también pueden utilizarse para hacer el mal. Por ejemplo, hay herramientas que suplantan la voz de cualquier persona, como profesionales de la radio y el cine o de la política, y las que generan imágenes realistas que la delincuencia también podría usar para imitar firmas manuscritas.
En algunas transacciones todavía se requiere este tipo de firma, lo que puede dar lugar a fraudes. “¿Qué hacer si un software malicioso intercepta la comunicación del dispositivo de firma, y ayudándose de la IA imita nuestra firma sin poder notarlo?” Pregunta Meijueiro. La IA generativa es capaz de analizar cómo se hace una firma, incluyendo la forma, la velocidad y la presión. Así, puede crear firmas que no son copias exactas, pero que son tan parecidas que resulta complicado negar que fueron hechas por una persona.
En la red ARQA creen que la computación cuántica “es capaz de ganarle la carrera a las IAs generativas”, y están trabajando en un algoritmo que compita con ellas. “Vamos a ponernos en su lugar, pero para hacer el bien, detectando falsificaciones a partir de esos pequeños detalles que estas IAs todavía no llegan a captar”, comenta Meijueiro.
Nuevos perfiles profesionales
Cuando arranque esta era de la computación cuántica se abrirá un abanico de especialidades que girarán en torno a este sector. Por ejemplo, profesionales de la física cuántica e ingeniería del hardware cuántico: “La física aborda la teoría y el diseño de los sistemas cuánticos, mientras que la ingeniería se ocupa de hacerlos realidad en el hardware”; perfiles de desarrollo de software cuántico y de ciencia de datos e IA que “creen algoritmos cuánticos que se pueden usar para análisis avanzados, combinando la computación cuántica con la inteligencia artificial”; especialistas en ciberseguridad cuántica y matemática “que investiguen la criptografía cuántica y creen algoritmos aplicables en la protección de comunicaciones y datos”; y perfiles de gestión técnica de proyectos cuánticos “que conecten el trabajo del personal experto en física, ingeniería y desarrollo con las aplicaciones comerciales y estratégicas de la tecnología cuántica”.
A todas aquellas empresas que desean empezar a explorar la computación cuántica, Luis Meijueiro, investigador del Equipo de Computación Cuántica de CTIC aconseja formar equipos especializados que puedan desarrollar habilidades básicas, “lo que implica construir un equipo con conocimientos en computación cuántica, combinando capacitación interna y la contratación de personal experto”. Además destaca la importancia de mantenerse al día: “trabajar junto a centros tecnológicos y universidades, y asistir a eventos especializados para conocer los últimos avances y regulaciones”. Otro paso es “empezar buscando casos de uso específicos y utilizar los simuladores para explorar áreas donde la computación cuántica puede aportar valor, como en la optimización”. Finalmente, aconseja "evaluar el retorno de inversión calculando los beneficios y riesgos a largo plazo antes de realizar grandes inversiones”.
