La computación cuántica que viene

Nuevos conceptos van enriqueciendo nuestra jerga tecnológica del día a día. Ya 'casi' interiorizados en nuestro lenguaje los de inteligencia artificial, los algoritmos o la transformación digital. El metaverso promete convertirse en uno de los más pujantes, y la computación de alto rendimiento y su pariente, la computación cuántica, se abren paso como nuevos paradigmas del futuro.

Pero ¿qué es la computación cuántica y por qué podría ser el futuro de la computación? Desde los inicios de los ordenadores hasta los dispositivos actuales que pueblan nuestras vidas, el 'lenguaje' del procesamiento binario digital está formado por los ceros y unos que corresponden a las corrientes de pulsos eléctricos. Así, hablamos de bits, gigas y megas de forma coloquial sobre nuestros móviles o la fibra de casa, todo sobre la base de esas combinaciones binarias.

Sin embargo, en el mundo cuántico de la computación, la unidad de medida es el cúbit o bit cuántico, con su analogía en el mundo físico a las partículas subatómicas y que, gracias a sus propiedades cuánticas, pueden ofrecer una potencia de procesamiento sustancialmente superior a la de las tecnologías binarias actuales.

Una de esas propiedades clave es la de la superposición, o la capacidad de adquirir dos estados simultáneamente, lo que permitiría aumentar exponencialmente la potencia de cálculo. Respiremos y pensemos de nuevo, ¿cómo serían posibles dos estados simultáneos?

En 1935, Schrödinger ideó una paradoja mental en la que un gato encerrado dentro de una caja podría estar vivo y muerto a la vez. En la caja hay un recipiente con veneno y un dispositivo lo liberaría si detectara radiación proveniente de una partícula radiactiva. Esta partícula radiactiva subatómica –y ahí está el nexo con la computación cuántica– puede existir como esa superposición de distintos estados posibles que pueden ocurrir o no. Einstein lo asimilaba a un barril de pólvora inestable que podría tener múltiples estados sin explotar y explotados a la vez.

¿Y qué beneficios podría ofrecer esta tecnología en nuestra vida diaria? Sin entrar en las complejidades técnicas –que son muchas y aún no del todo resueltas– de producir industrialmente la tecnología que permita el uso extendido de máquinas capaces de aprovechar estas propiedades, ya empiezan a vislumbrarse los casos en los que esta potencia increíble podría ayudar a resolver problemas de gran complejidad y con requerimientos de cálculo intensivo que superan los límites de los ordenadores tradicionales.

Actualmente, sus principales usuarios son los entornos de investigación y de I+D, pero a medida que el hardware y los algoritmos capaces de extraer toda esa potencia evolucionen, dentro de esta década esperamos ver unos cuantos casos de uso real lo suficientemente maduros como para ser adoptados comercialmente.

Así, en el mundo de la salud, la computación cuántica ofrecerá simulación molecular y diseño de nuevos fármacos para la medicina de precisión y personalizada, en los que podremos comprender mejor su interacción con los organismos y otras sustancias. También acelerará la detección temprana de enfermedades a través de imágenes con el uso de inteligencia artificial.

En industria y fabricación, una mayor capacidad de procesamiento matemático permitirá modelizar el comportamiento de moléculas y compuestos químicos complejos, crear nuevos materiales, predecir su comportamiento, su resistencia y su vida útil, bajo carga para ayudar a mejorar su rendimiento y seguridad, optimizar su diseño y fabricación y eliminar componentes redundantes.

En los entornos financieros, los ordenadores cuánticos se han revelado especialmente buenos en el cálculo y la optimización del riesgo, un elemento básico de la banca y los seguros. Muchas aplicaciones prometedoras, como la optimización de carteras, han demostrado un nivel tan favorable en comparación con las alternativas clásicas, que se prevé que se puedan poner en producción en breve.

En el sector energético, las tecnologías cuánticas desempeñan un papel importante en la optimización de las redes energéticas inteligentes. Equilibrar la oferta, la demanda y el almacenamiento de energía para maximizar el uso de la generación renovable será un aliado esencial en la descarbonización de nuestras redes de energía. También se espera que las soluciones de seguridad cuántica desempeñen un papel importante en la protección de nuestras infraestructuras.

En logística y transporte, el análisis de los flujos de tráfico permitirá aliviar la congestión del transporte y mejorar la seguridad. Las redes de aviación y de ferrocarril podrán introducir patrones de viaje multisalto más complejos, reduciendo la distancia total, el coste y las emisiones.

Se espera que la computación cuántica de distribución de claves permita abordar uno de los grandes retos actuales del mundo: el cambio climático. Esperamos que ayude a descubrir formas más eficientes de almacenar energía en baterías –el gran reto del equilibrio energético–, a construir mejores modelos climáticos y a ofrecer medios más eficientes de captura de carbono y generación de energía.

España aspira a convertirse en una potencia en este nuevo mundo. El camino ya se inició desde el primer simulador cuántico instalado en el Centro de Supercomputación de Galicia hasta el futuro ordenador cuántico que se instalará en el Barcelona Supercomputing Center y que se integrará en el superordenador MareNostrum 5 dentro del alcance del programa EuroHPC. Así, España, como uno de los 6 países europeos elegidos para albergar esta tecnología, podrá liderar el nuevo futuro digital.

***Pilar Torres es directora general de Atos en España y Portugal.