Responsable del departamento de Inteligencia Artificial y Computación Cuántica en el Instituto de Ibermática de Innovación
Las grandes corporaciones internacionales ya están invirtiendo grandes sumas en proyectos de investigación para lograr ventajas competitivas en materia de computación cuántica. También las pequeñas y medianas empresas deben prepararse lo antes posible para esta nueva “revolución industrial” si quieren garantizar su supervivencia.
Los sectores para los que se atisban las primeras aplicaciones prácticas son finanzas y seguros, sanidad, comercio, logística… Y, en general, todos aquellos en los que el análisis de datos es determinante en la operativa.
Los algoritmos de computación cuántica acelerarán el aprendizaje automático. En las plantas industriales se podrá utilizar, por ejemplo, para el control inteligente de robots en las líneas de producción, en el aseguramiento de la calidad o en el mantenimiento predictivo de plantas. Las computadoras cuánticas harán que los procesos logísticos sean más eficientes y económicos, a través de una gestión optimizada de las flotas y una planificación inteligente de rutas.
También nuestra salud se beneficiará de la computación cuántica, porque permitirá encontrar soluciones a problemas en los campos de la medicina, la farmacia o la química simulando estructuras moleculares cada vez más complejas de las sustancias activas. Todo ello facilitará encontrar los métodos óptimos de tratamiento para cada paciente.
La simulación del comportamiento molecular también abre fascinantes perspectivas en el desarrollo de nuevos materiales que se adapten a aplicaciones específicas. Por ejemplo, en construcción ligera o en la fabricación de textiles inteligentes.
Simular de interacciones complejas entre multitud de factores de influencia diferentes conducirá a nuevos conocimientos en la investigación del clima, y permitirá pronósticos mucho más precisos de eventos naturales potencialmente desastrosos.
En el futuro, los cada vez más numerosos componentes de las redes de energía distribuida podrán ser controlados, mantenidos y protegidos contra ataques cibernéticos a través de computadoras cuánticas. Con pronósticos de carga precisos, las computadoras cuánticas podrán garantizar en todo momento un suministro de energía eficiente para la industria y los hogares.
Gracias a su capacidad para evaluar datos a largo plazo de los mercados financieros, la computación cuántica permitirá predecir con mayor precisión la evolución de los precios en la bolsa de valores, y optimizar de esta manera las carteras de acuerdo con parámetros previamente establecidos (rendimiento, seguridad, etc.). En banca, se podrá utilizar para detectar anomalías en los flujos financieros y fraudes. Y un reto transversal a todos los sectores será garantizar métodos de criptografía post-cuántica para proteger datos confidenciales.
En España, un consorcio formado por siete empresas, cinco centros de investigación (BSC, CSIC, DIPC, ICFO y Tecnalia) y la universidad Politècnica de València ha puesto en marcha el proyecto CUCO para aplicar la computación cuántica en industrias estratégicas españolas de los sectores de energía, finanzas, espacio, defensa y logística.
En Euskadi existen importantes capacidades en computación cuántica, y las iniciativas público-privadas en marcha demuestran su creciente importancia. En Bizkaia, la Diputación Foral lídera, junto con Accenture, IBM, Telefónica, el ayuntamiento de Bilbao, el clúster Gaia, Tecnalia, Silicon Europe, la UPV- EHU, la Universidad de Deusto y Mondragon la estrategia colaborativa Quantum Ecosystem. Como parte de esta estrategia, la sociedad foral Lantik se ha incorporado como hub a IBM Quantum Network, convirtiéndose en su segundo nodo en España (tras el CSIC), y en el quinto de la Unión Europea. En Gipuzkoa, la Diputación Foral, Donostia International Physics Center y Multiverse Computing han impulsado el proyecto Gipuzkoa Quantum, y el Polo de Tecnologías Cuánticas reunirá en Donostia el conocimiento avanzado en esta materia.
Por su parte, la UPV-EHU tiene uno de los pocos másteres en computación cuántica del mundo -el primero en el Estado-, y es una de las diez universidades que integran el consorcio OpenSuperQ, iniciativa europea para lograr un ordenador cuántico con especificaciones abiertas (modelo open source).
Desde el punto de vista de la investigación, el Instituto Ibermática de Innovación (i3b), Tecnalia, la Universidad del País Vaso y la Universidad de Deusto llevan dos años trabajando en la investigación básica de esta disciplina, en el marco del proyecto Quantek.
Se desconoce exactamente en qué plazo la computación cuántica se aplicará -tal como lo hacen hoy en día las TIC- en cualquier ámbito de nuestra vida, aunque algunos expertos afirman que en no más de cuatro o cinco años. No obstante, las empresas ya tienen la oportunidad de probar y desarrollar sus propios conceptos y algoritmos de computación cuántica.
En conclusión, el mejor consejo para cualquier empresa es el de iniciar ya el desarrollo de posibles casos de uso de computación cuántica: será la mejor manera de prepararse para los futuros requerimientos del mercado.
La opinión de…
Aitor Moreno Fernández de Leceta
Responsable del departamento de Inteligencia Artificial y Computación Cuántica en el Instituto de Ibermática de Innovación
¿Por qué ahora computación cuántica?
Estamos en plena crisis de producción de microprocesadores.
Es una realidad que nos está impactando a todos, no sólo al mundo informático: hoy en día, prácticamente cualquier aparato electrónico tiene un microprocesador interno. Afecta a la industria, a la automoción, a la salud, a la educación, a la energía, a la seguridad, y a nuestra economía, tanto nacional como personal. Fuera de discusiones geopolíticas al respecto existe otro problema que ya se predijo en el 2009: tecnológicamente no somos capaces de hacer microprocesadores más pequeños en base a transistores, aunque estos sean microscópicos.
Las cargas eléctricas que podemos almacenar a escala “nano” escapan de sus contenedores a niveles atómicos. Por lo tanto, tal y cómo aseguró en el 2018 Satya Nadella (director ejecutivo de Microsoft), “El mundo se está quedando sin potencia computacional”. Según vaticinó Gordon Moore en 2007 el fin de su propia ley[1] podría estar próximo. Y es que también vaticinó que una nueva tecnología tomaría el relevo del progreso en la capacidad computacional: la computación cuántica.
Pero ¿qué aporta la computación cuántica al estado actual de la computación?
En primer lugar, la posibilidad de generar microprocesadores aún más pequeños: los transistores limitados que almacenan la información binaria son reemplazados, simplemente, por las propias partículas atómicas (electrones, fotones, iones, …). Si somo capaces (y lo somos), de poder modificar y medir el estado de dichas partículas, podremos generar registros binarios de información a nivel atómica.
Pero aún hay más: sin entrar en tecnicismos, las propiedades de la física cuántica nos permiten, a ese nivel de procesamiento, procesar muchísima información de una forma mucho más rápida que los microprocesadores actuales. De hecho, la computación cuántica nos permite manipular y examinar todos los estados de un sistema (la computación se define como la capacidad de un sistema de transformar los estados de dicho sistema), de forma cuasi-instantánea. Por lo tanto, si la computación cuántica hubiera existido hace 40 años los algoritmos de búsqueda en bases de datos, los sistemas de indexación, los sistemas actuales de optimización y simulación no existirían. En las últimas décadas las mejores mentes analíticas has ideado soluciones que evitan la “búsqueda por fuerza bruta” de un registro en el conjunto de estados. Dado que la computación cuántica, debido a sus propiedades intrínsecas, es capaz de analizar todos los registros y estados posibles de un sistema con un número mínimo de ciclos de proceso, no hubiera hecho falta “desarrollar” estos métodos heurísticos de aproximación rápida a la solución. Además de evitarnos dicho esfuerzo, con los métodos “clásicos” no siempre tenemos la seguridad de que la solución extraída sea la mejor, puesto que no hemos evaluado todos los registros.
Un caso muy interesante es la Inteligencia Artificial. Un problema típico de la Inteligencia Artificial consiste en buscar un estado concreto entre un conjunto determinado al que se le llama espacio de estados. Para acelerar esta búsqueda, en general, los algoritmos de IA construyen “reglas” o “mapas de caminos” en los históricos de datos, que indican si ciertos grupos de registros son de una clase u otra (incidencia/no incidencia, fraude/no fraude), y ante un nuevo registro desconocido, siguen las reglas o las indicaciones que han generado para determinar si dicho registro es de una clase u otra. Esto es lo que se denomina “entrenamiento”. Pero en el fondo no es más que un “atajo” para, sin tener que analizar todos los registros, encontrar aquellos patrones similares al registro que queremos analizar y etiquetarlo. Imaginen que con la computación cuántica ya no sería necesario este entrenamiento, simplemente con analizar todos los registros de la base de datos y seleccionar aquellos que más se parecen al que buscamos (el típico “otros como tú” analítico), ya sabríamos, simplemente por conteo con el soporte encontrado, a que clase pertenecería nuestro registro a analizar. Y con una precisión y seguridad mucho mayor que con los algoritmos de “machine learning” actuales, con procesadores más pequeños y con un consumo energético menor.
Es por esta misma razón que la computación cuántica está recibiendo tanta atención a nivel internacional. Esta nueva forma de analizar nuestro entorno va a cambiar todos los sistemas digitales que conocemos, desde los sistemas de comunicación, de seguridad, de criptografía, de identidad digital, de análisis, de consultas, de sensórica, y por supuesto, de computación. Al igual que en los años 90 se hablaba de circuitos de puertas lógicas, ahora se habla de circuitos de puertas cuánticas. ¿Alguien se imagina la carrea de Ingeniería Informática en el año 1990 sin una asignatura de puertas lógicas y microprocesadores? Pues estamos en el mismo punto.
Existen dos indicadores, a mi parecer, que evidencian que la computación cuántica no es una moda pasajera y que ya está aquí para quedarse. El primero es el nivel de nivel de inversión que se está produciendo en este ámbito. Desde 2020, cuando se gastaron 364 millones de euros en el mundo, hasta 2027, este mercado se está multiplicando por 20 anualmente según las previsiones de la consultora International Data Corporation (IDC). IDC espera que las inversiones en computación cuántica alcancen los 14.760 millones en 2027 con una tasa de crecimiento anual compuesto del 11,3 % en los próximos seis años. Nunca ha habido una inversión a nivel internacional tan intensa y una especificación tan clara de una tecnología en los planes estratégicos, tanto a nivel europeo como a nivel nacional, como los que está generando la computación cuántica.
El segundo indicador relevante es la demanda existente. Al contrario de lo que ocurrió con la Inteligencia Artificial, cuando los que empezamos a transformar en producto los primeros proyectos reales allá por el 2007 (a base de una labor de divulgación, integración, demostración y validación de la IA muy intensas y pioneras), con la computación cuántica está ocurriendo lo contrario: los clientes finales, innovadores y celosos de su competitividad, están ya convencidos de que la computación cuántica es un valor seguro que va a suponer un cambio disruptivo en los próximos 5 años., y ya están demandando pequeñas pruebas de conceptos y casos de uso acotados para implementar en sus operativas, de cara a estar preparados para dar el salto de una forma ágil y directa en breve. 5 años no son nada en el mundo tecnológico. Hace 5 años los proyectos productivos de visión artificial o lenguaje natural con “deeplearning” no existían y hoy en día son masivos. El problema es que la computación cuántica ya está acelerando procesos de búsqueda y modelización en sistemas de simulación y optimización reales (sensórica cuántica ya disponible, con espectros de frecuencias mucho mayores a los sensores actuales, sistemas de comunicación cuántica ya a la venta, optimización de rutas productivas, logísticas, portfolios financieros, acceso a bases de datos distribuidas no indexables, generación de nuevos materiales con fórmulas imposible de simular en procesadores incluso de alta computación), y en los próximos años será crítico sobre todo en ambientes de seguridad, encriptación e internet.
Como país y como empresa tenemos dos opciones. La primera, esperar a que otros avancen en esta tecnología y cuando llegue el nuevo “efecto 2000” cuántico, subcontratar y depender de terceros para que la brecha digital cuántica no se extienda. La segunda, comenzar a generar una nueva industria cuántica local desde la generación de ecosistemas “full stack”, que permitan a los investigadores, agentes de innovación, Pymes, consultoras y administraciones, acceder a soluciones cuánticas locales y generar una industria que será muy poderosa en los próximos años.
En el País Vasco existe talento reconocido a nivel internacional. Es interesante nombrar el proyecto Quantek, programa de financiación del Gobierno Vasco ELKARTEK, en el que el Instituto Ibermática de Innovación (i3b), Tecnalia, la Universidad del País Vaso y la Universidad de Deusto llevan trabajando ya varios años con publicaciones a nivel internacional muy relevantes. También iniciativas como “Quantum Ecosystem”, promocionada por Lantik, la sociedad informática de la Diputación Foral, que está aglutinando a los mejores expertos y empresas en cuántica tanto a nivel local como internacional.
Ibermática, como no podía ser de otra manera, a través de su Instituto de Innovación (i3b), lleva más de tres años embarcada en el desarrollo de proyectos en computación cuántica principalmente en Industria y Ciberseguridad. La labor de Ibermática en estos años está centrada principalmente en desarrollar una base de conocimiento en torno a las tecnologías cuánticas como propulsor de un ecosistema cuántico nacional, investigar en una nueva generación de tecnologías cuánticas que se integren en el ecosistema industrial, buscando casos de uso de aplicación en los clientes de Ibermática y posicionar las tecnologías cuánticas y sus aplicaciones en las agendas y programas de I+D+i.
Estamos convencidos de que en los próximos tres años la computación cuántica va a cambiar el mundo de la ingeniería informática y de la inteligencia artificial tal y cómo la conocemos. Por ello nos vemos en la obligación de estar preparados ante dichos cambios como integradores avanzados y como aceleradores (para preparar a nuestros clientes en esta nueva realidad tecnológica) y tanto a nivel algorítmico, como metodológico (buscando la ventaja que puede aportar la computación cuántica a nivel de negocio, no a nivel teórico). Y como no podía ser de otra manera también hemos vuelto a los años 90 conscientes de que el futuro pasa por la generación de nuevo talento, colaborando paralelamente en la transformación interna de nuestros científicos de datos en analistas cuánticos y potenciando la formación universitaria en computación cuántica.
Estamos en plena crisis de producción de microprocesadores. En su día perdimos la oportunidad de liderar la industria de microprocesadores, aún siendo el motor de máquina-herramienta europeo. No perdamos esta oportunidad y ojalá seamos el motor productivo de la próxima crisis digital: la demanda de soluciones cuánticas a nivel internacional.
[1] La Ley de Moore explica que la Capacidad de Computación total de los computadores se duplica cada 2 años.
La necesidad e iniciativa abierta para todo tipo de sectores que estén en la fase de comercialización con uso DLT.
La innovación nunca ha sido tan imprescindible en las empresas como lo es ahora para mantenerse competitivas en el mercado.
