Computación cuántica en la empresa: claves para una transformación inminente

La computación cuántica está dejando de ser una promesa futurista para convertirse en una tecnología con aplicaciones concretas en el mundo empresarial. A finales de 2022, el Future Trends Forum (FTF) de la Fundación Innovación Bankinter reunió a más de 30 expertos internacionales para analizar su impacto en combinación con la inteligencia artificial. Como continuación de ese trabajo, en octubre de 2024 se presentó la Hoja de Ruta Cuántica para Empresas, un documento clave para ayudar a las organizaciones a adoptar esta tecnología.

Sin embargo, muchas empresas que no pudieron asistir a dicha presentación, siguen preguntándose: ¿cómo empezar? Para responder a esta cuestión, la Fundación ha organizado recientemente un webinar con dos expertos en el campo, ambos participantes tanto en el FTF como en la elaboración de la hoja de ruta: Esperanza Cuenca, Responsable de Relaciones con Desarrolladores de Quantum Computing en NVIDIA, y Carlos Kuchkovsky, cofundador y CEO de QCentroid. Moderado por Juan Moreno Bau, Director General de la Fundación, este evento desglosa el estado actual de la computación cuántica, sus aplicaciones prácticas y cómo las empresas pueden prepararse para esta transformación.

Si quieres ver el webinar, aquí puedes hacerlo:

Webinar Hoja de Ruta Cuántica para Empresas

Conceptos básicos de computación cuántica

Antes de adentrarse en su impacto empresarial, es fundamental entender cómo funciona la computación cuántica. Juan Moreno Bau explica, de manera sencilla, los principios básicos de esta tecnología: la computación cuántica representa un cambio radical en la forma en que procesamos la información. A diferencia de la computación tradicional, que utiliza bits (0 y 1) para representar datos, la computación cuántica se basa en qubits, que pueden estar en 0 y 1 simultáneamente gracias a la superposición cuántica.

Para entender esta diferencia, primero hay que recordar cómo funciona un ordenador clásico. Procesa señales eléctricas a través de transistores, que traducen la información en una secuencia de ceros y unos. Esta representación binaria es la base de toda la tecnología digital que usamos hoy en día.

Sin embargo, en la computación cuántica, los qubits no solo pueden representar un estado único, sino múltiples estados a la vez. Esto permite que los ordenadores cuánticos realicen cálculos en paralelo, en lugar de seguir procesos secuenciales como los ordenadores clásicos. Aunque este concepto pueda parecer abstracto, es la clave de su enorme potencial.

Como decía el físico Richard Feynman: “El que piense que entiende la mecánica cuántica, o miente o está loco”. La computación cuántica es compleja, pero lo importante no es solo cómo funciona, sino para qué se puede utilizar. Su aplicación en sectores como la inteligencia artificial, la optimización de procesos y la simulación de materiales promete revolucionar la manera en que resolvemos problemas.

El estado actual de la computación cuántica

La computación cuántica es una tecnología en desarrollo que aún no ha alcanzado todo su potencial. Aunque ya existen procesadores cuánticos capaces de manejar más de 1.000 qubits, aún no hemos llegado a una computación cuántica completamente funcional que cumpla con todas las promesas de esta tecnología.

En la industria no se habla ya tanto de supremacía cuántica; se habla ahora de ventaja cuántica, que ocurre cuando un ordenador cuántico puede resolver un problema más rápido, con mayor precisión o con menor consumo computacional que el mejor superordenador del mundo. Sin embargo, la computación cuántica sigue enfrentándose a desafíos importantes, principalmente en la estabilidad de los qubits, la corrección de errores y la reducción del ruido en los cálculos.

Existen diferentes enfoques tecnológicos para la computación cuántica, como qubits superconductores, iones atrapados y átomos neutros, cada uno con sus propias ventajas y dificultades. Lo que parece claro es que los ordenadores cuánticos no funcionarán de manera aislada, sino dentro de arquitecturas híbridas, combinando CPUs, GPUs y QPUs (Quantum Processing Units) en sistemas integrados.

Este modelo ya se está implantando en centros de supercomputación como el Barcelona Supercomputing Center, que recientemente anunció la instalación de un ordenador cuántico. De esta manera, la computación cuántica se convertirá en un servicio accesible de manera remota, al igual que muchos otros recursos computacionales actuales en la nube.

A nivel de programación, la computación cuántica cambia completamente el paradigma tradicional, ya que los resultados de los cálculos no son deterministas, sino probabilísticos. En lugar de obtener una respuesta única, los ordenadores cuánticos trabajan con distribuciones de probabilidad, lo que representa un reto en su adopción y en la forma de desarrollar algoritmos.

Retos en la adopción de la computación cuántica

Aunque la computación cuántica ofrece un enorme potencial, su adopción en empresas y organizaciones presenta algunos retos clave que exponen Carlos y Esperanza:

1. Acceso a la tecnología: no es necesario comprar un ordenador cuántico, ya que muchos están disponibles a través de la nube. Sin embargo, las compañías deben elegir la plataforma adecuada, considerando las múltiples tecnologías disponibles (qubits superconductores, iones atrapados, átomos neutros, etc.), cada una con diferentes ventajas y limitaciones. Actualmente, existen más de 80 fabricantes desarrollando estas tecnologías, lo que añade complejidad a la toma de decisiones.

2. Identificación del caso de uso: las empresas deben determinar qué problemas pueden beneficiarse realmente de la computación cuántica. Dado que los algoritmos cuánticos requieren un enfoque diferente al de los algoritmos clásicos, es clave evaluar qué hardware y qué modelo computacional se ajusta mejor a sus necesidades.

3. Falta de talento especializado: la computación cuántica no solo requiere físicos y expertos en algoritmos cuánticos, sino también perfiles en negocio, finanzas e implementación tecnológica que comprendan cómo integrarla en procesos empresariales. Actualmente, la demanda de talento supera con creces la oferta, lo que representa una barrera significativa para la adopción.

4. Definir una hoja de ruta clara: las empresas deben preguntarse: “¿Para qué queremos la computación cuántica?”. Es fundamental entender qué impacto tendrá esta tecnología y cómo se puede aprovechar a medida que los ordenadores cuánticos mejoran su capacidad.

5. Integración con sistemas actuales: finalmente, aunque el acceso en la nube facilita la experimentación con computación cuántica, su integración con los procesos existentes sigue siendo un reto. La computación cuántica debe incorporarse de forma fluida en los flujos de trabajo de las empresas, al igual que en su momento se adoptaron tecnologías como la inteligencia artificial o la computación en la nube.

En definitiva, la computación cuántica está avanzando rápidamente y las empresas que quieran aprovechar su potencial deben prepararse desde ahora, enfrentándose a estos retos estratégicos y tecnológicos.

¿Qué problemas puede resolver la computación cuántica?

Superados los primeros desafíos en la adopción de la computación cuántica, la gran pregunta es: ¿qué problemas pueden resolverse mejor con esta tecnología? Aunque aún está en desarrollo, ya se identifican tres grandes áreas donde la computación cuántica podría aportar ventajas clave.

1. Optimización: encontrar la mejor solución en problemas complejos

Uno de los campos donde la computación cuántica tiene mayor potencial es la optimización. Estos problemas están presentes en múltiples sectores:

• Diseño de rutas de transporte más eficientes.
• Optimización de inventarios y cadenas de suministro.
• Asignación de recursos en hospitales, aeropuertos o universidades.
• Distribución de inversiones financieras.

El gran reto de la optimización es que, a medida que se agregan variables, el número de combinaciones posibles crece exponencialmente, lo que hace que los ordenadores clásicos requieran tiempos de cálculo inasumibles. Carlos Kuchkovsky explica que los ordenadores cuánticos pueden reducir drásticamente este tiempo, permitiendo encontrar soluciones más óptimas y en mucho menos tiempo.

2. Inteligencia artificial y machine learning

La computación cuántica también puede mejorar la inteligencia artificial, tanto en la optimización de modelos de aprendizaje automático como en la creación de redes neuronales cuánticas. Esperanza Cuenca destaca que la IA también está ayudando a la computación cuántica, aplicándose en la calibración de sistemas y en la corrección de errores. Este avance permitirá crear modelos más eficientes y acelerar el desarrollo de la IA en áreas como el procesamiento de datos, la predicción de patrones y la toma de decisiones autónoma.

3. Simulación de sistemas naturales y materiales

Otro campo donde la computación cuántica ofrece ventajas únicas es la simulación de moléculas y materiales. Los sistemas naturales, como la química, la biología o la meteorología, dependen de ecuaciones complejas que requieren grandes cantidades de cálculo. Actualmente, muchas de estas simulaciones solo pueden realizarse de forma aproximada o con recursos computacionales inmensos.

Algunas aplicaciones destacadas incluyen:

• Descubrimiento de nuevos fármacos mediante simulaciones precisas de moléculas.
• Diseño de nuevos materiales y combustibles más eficientes.
• Simulación del clima y el impacto del cambio climático.
• Modelado de dinámica de fluidos, clave en la industria aeronáutica y automovilística.

Como señala Carlos Kuchkovsky, muchas ecuaciones utilizadas en estos campos son conocidas, pero su resolución con ordenadores clásicos sigue siendo parcial y limitada. La computación cuántica podría permitir simulaciones mucho más precisas y detalladas, acelerando la innovación en múltiples sectores.

Los grandes actores en computación cuántica

Tras conocer los problemas que la computación cuántica puede resolver, es clave entender quiénes están liderando su desarrollo. Actualmente, el ecosistema cuántico está compuesto por cuatro grandes grupos de actores: las grandes tecnológicas, las empresas especializadas, las compañías en fase de consolidación y las spin-offs nacidas en centros de investigación.

1. Las grandes tecnológicas: IBM, Google, NVIDIA, Amazon, Microsoft e Intel

Las grandes corporaciones tecnológicas están invirtiendo recursos significativos en computación cuántica, con diferentes estrategias:

• IBM ha sido un pionero en computación cuántica, con avances significativos en procesadores superconductores.
• Google ha desarrollado el chip Willow, capaz de resolver en segundos cálculos que un superordenador clásico tardaría cientos de miles de millones de años en procesar.
• NVIDIA, aunque no desarrolla hardware cuántico, juega un papel clave al integrar su tecnología de GPU para acelerar simulaciones cuánticas y mejorar algoritmos híbridos.
• Amazon Web Services (AWS) está facilitando el acceso a hardware cuántico en la nube, integrando su plataforma con diferentes soluciones cuánticas.
• Microsoft trabaja en una aproximación basada en qubits topológicos, aún en fase de investigación.
• Intel, conocida por su liderazgo en chips convencionales, también está desarrollando hardware cuántico propio.

2. Empresas especializadas en computación cuántica: IONQ, D-Wave y Rigetti

Estas compañías llevan más de una década desarrollando tecnologías cuánticas específicas y han conseguido financiación e inversión significativa:

• IONQ es una de las empresas más avanzadas en computación cuántica basada en iones atrapados.
• D-Wave ha apostado por un enfoque diferente, con ordenadores cuánticos basados en recocido cuántico, adecuados para ciertos problemas de optimización.
• Rigetti ha conseguido establecerse en la industria con su enfoque de qubits superconductores y ha atraído inversión para el desarrollo de su propia tecnología.

3. Grupo perseguidor: QuEra Computing, Pasqal y Qilimanjaro

Este grupo de empresas está un paso detrás de los líderes, pero ha logrado avances importantes en la computación cuántica con enfoques innovadores:

• QuEra Computing (EE.UU.) y Pasqal (Francia) están desarrollando ordenadores cuánticos basados en átomos neutros, un enfoque que promete mayor estabilidad en los qubits y una posible escalabilidad superior a otras tecnologías.
• Qilimanjaro, con sede en España, se ha posicionado como un actor destacado en computación cuántica adiabática, un método distinto que podría aplicarse en problemas específicos de optimización.

4. Spin-offs y nuevos enfoques: ZuriQ y planqc

En los últimos años, diversos centros de investigación y universidades han impulsado spin-offs dedicadas a desarrollar nuevas aproximaciones en computación cuántica:

• ZuriQ, una startup que busca soluciones innovadoras para superar las barreras del escalado cuántico.
• planqc (Alemania), que trabaja en nuevas arquitecturas para qubits, explorando diferentes formas de hacer más eficiente la computación cuántica.

Además, como ya hemos mencionado, centros como el Barcelona Supercomputing Center están comenzando a integrar procesadores cuánticos en sus infraestructuras, consolidando la interconexión entre computación cuántica y supercomputación clásica.

España y su papel en la computación cuántica

Aunque la computación cuántica está dominada por gigantes tecnológicos y empresas especializadas, España tiene un papel relevante en su desarrollo. No solo cuenta con un ecosistema de investigadores de prestigio internacional, sino también con centros de investigación, startups pioneras y compañías que están experimentando con esta tecnología.

Uno de los referentes más destacados en este campo es Ignacio Cirac, Director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y miembro del Future Trends Forum de la Fundación Innovación Bankinter. Su trabajo ha sido clave en el desarrollo de modelos teóricos para la computación cuántica y su aplicación práctica. Además de Cirac, existe una comunidad de investigadores españoles repartidos por todo el mundo, trabajando en empresas, centros de investigación y universidades de primer nivel.

Según Carlos Kuchkovsky, España tiene la oportunidad de consolidarse como uno de los líderes globales en computación cuántica si se sigue fortaleciendo el ecosistema e impulsando iniciativas como Quantum Spain.

Ciberseguridad en la era cuántica: el reto de la criptografía post-cuántica

Uno de los debates más relevantes sobre la computación cuántica es su impacto en la seguridad digital. La capacidad de estos ordenadores para resolver ciertos problemas matemáticos de manera exponencialmente más rápida supone un riesgo directo para los sistemas de encriptación actuales, que protegen la mayoría de las comunicaciones y datos sensibles en todo el mundo.

El riesgo: romper la encriptación actual: el mayor peligro proviene del algoritmo de Shor desarrollado en 1994, que teóricamente permite a un ordenador cuántico descomponer números primos mucho más rápido que cualquier ordenador clásico. Dado que la mayoría de los sistemas de cifrado actuales se basan en la dificultad de factorizar grandes números primos, este avance permitiría romper la criptografía actual en cuestión de días o incluso segundos, en lugar de los 200 millones de años que les llevaría a los superordenadores actuales.

La respuesta inmediata es la criptografía post-cuántica, que no utiliza computación cuántica, sino algoritmos diseñados para resistir ataques de ordenadores cuánticos. Estos algoritmos están en proceso de estandarización por parte del NIST (National Institute of Standards and Technology de EE.UU.), que ya ha seleccionado varios candidatos que, hasta ahora, no han podido ser vulnerados.

Sin embargo, estos algoritmos requieren una gran cantidad de recursos computacionales, lo que representa un desafío en términos de rendimiento. Empresas como NVIDIA han desarrollado soluciones que utilizan GPUs para acelerar la criptografía post-cuántica, permitiendo su implementación sin afectar la eficiencia de los sistemas.

A más largo plazo, se espera la adopción de criptografía cuántica, que no se basa en matemáticas difíciles de resolver, sino en principios físicos de la mecánica cuántica para garantizar comunicaciones seguras. Esta tecnología utiliza fotones entrelazados para detectar cualquier intento de interceptación en una comunicación. Sin embargo, la criptografía cuántica aún se enfrenta a desafíos técnicos y su adopción a gran escala es incierta. Esperanza Cuenca señala que, en la práctica, lo más viable será implementar ambas soluciones en paralelo, adoptando criptografía post-cuántica en el corto plazo y explorando la criptografía cuántica a medida que la tecnología avance.

Un fenómeno preocupante es el conocido como «Harvest Now, Decrypt Later» (recolectar ahora, desencriptar después). Se sospecha que ciertos actores están almacenando grandes volúmenes de datos cifrados con la intención de descifrarlos en el futuro, cuando los ordenadores cuánticos sean lo suficientemente potentes. Para mitigar este riesgo, las empresas están realizando auditorías de sus sistemas criptográficos, identificando qué algoritmos usan y desarrollando un plan para migrar a soluciones post-cuánticas. Como destaca Carlos Kuchkovsky, este proceso es complejo y debe hacerse de forma gradual, asegurando una transición segura antes de que la computación cuántica represente una amenaza real.

Impacto de la computación cuántica en la sociedad y en la geopolítica

La computación cuántica no solo transformará la ciberseguridad y la optimización empresarial, sino que también tendrá un impacto directo en la vida de los ciudadanos. Desde la mejora de servicios públicos hasta la evolución de la medicina personalizada, su desarrollo marcará una nueva era en la tecnología y la geopolítica global. A continuación se resumen las respuestas de Esperanza y Carlos a las preguntas de los asistentes al webinar:

1. ¿Cómo cambiará la vida de los ciudadanos?

En el corto plazo, los primeros efectos de la computación cuántica se verán en la optimización de recursos públicos. Como explica Carlos Kuchkovsky, esta tecnología permitirá una planificación más eficiente en Smart Cities, mejorando la distribución de hospitales, el transporte público y otros servicios esenciales.

A medio y largo plazo, su mayor impacto estará en la medicina personalizada, ya que permitirá modelar y simular con precisión interacciones moleculares, acelerando la creación de tratamientos y medicamentos adaptados a cada paciente. También será clave en la lucha contra el cambio climático, optimizando el consumo de energía y facilitando el desarrollo de nuevos materiales sostenibles.

2. Formación y oportunidades laborales en computación cuántica

Dado que la computación cuántica aún está en desarrollo, las oportunidades laborales en este campo seguirán creciendo en los próximos años. Esperanza Cuenca destaca que hay más demanda que oferta de profesionales con formación en esta área, y que la curva de aprendizaje depende del tipo de rol. Los perfiles pueden dividirse en dos grandes categorías:

• Perfiles técnicos: especialistas en algoritmos cuánticos, hardware cuántico y corrección de errores, que requieren formación avanzada en física y matemáticas.
• Perfiles de negocio y aplicación: expertos en integración de tecnología cuántica en sectores específicos, donde es clave tener una buena base técnica, aunque no sea en programación cuántica.

Además, la computación cuántica está evolucionando de manera similar a la inteligencia artificial: hace años era necesario diseñar redes neuronales desde cero, pero ahora se pueden programar en lenguajes de alto nivel como Python. En computación cuántica, ya se está viendo una tendencia similar, con herramientas que facilitan su adopción sin necesidad de ser un experto en física cuántica.

3. Materias primas y consumo energético de los ordenadores cuánticos

Otro tema relevante es el impacto de la computación cuántica en el uso de materias primas y energía. Carlos Kuchkovsky explica que, aunque la fabricación de ordenadores cuánticos comparte similitudes con la industria de los semiconductores, requiere materiales específicos como el helio-3 y helio-4, fundamentales para mantener temperaturas ultra bajas en los procesadores superconductores.

En cuanto al consumo energético, aunque los ordenadores cuánticos requieren grandes cantidades de energía para su funcionamiento, su eficiencia en cálculos complejos podría reducir el consumo energético total en comparación con los superordenadores actuales.

4. Geopolítica de la computación cuántica: Europa, EE.UU. y China

La computación cuántica es una carrera tecnológica y estratégica a nivel global. Carlos Kuchkovsky, que participa en un grupo europeo de decisión sobre esta tecnología, señala que Europa tiene un papel destacado en investigación cuántica, con una fuerte producción científica y un gran número de expertos formados en el continente.

Sin embargo, el ritmo de inversión y desarrollo en EE.UU. y China es mucho más acelerado. China, en particular, es vista como una “caja negra” en términos de avances, ya que no siempre publica sus investigaciones de manera abierta. Para que Europa pueda consolidar su liderazgo, es necesario mantener un esquema de inversión y colaboración entre instituciones y empresas.

Esperanza Cuenca enfatiza la importancia de la colaboración entre centros de investigación, empresas especializadas y usuarios finales. Los proyectos que combinan estos tres elementos tienen más probabilidades de éxito, ya que la computación cuántica es un campo demasiado complejo para ser abordado de forma aislada.

5. Impacto en criptomonedas y blockchain

Finalmente, un tema recurrente es si la computación cuántica podría romper la seguridad de las criptomonedas. Carlos Kuchkovsky confirma que la mayoría de los protocolos de blockchain se basan en criptografía tradicional, lo que los haría vulnerables a ataques cuánticos. Sin embargo, muchos proyectos ya están migrando a criptografía post-cuántica para protegerse. Además, la computación cuántica también podría potenciar las criptomonedas, permitiendo la integración de algoritmos cuánticos en smart contracts, lo que mejoraría su capacidad para resolver problemas complejos a gran velocidad.

Conclusión: 2025, el año de la computación cuántica

El 2025 ha sido declarado como el Año de la Cuántica por la UNESCO, un reconocimiento al creciente impacto de esta tecnología en la sociedad y la economía global. Para Esperanza Cuenca, esta es una oportunidad única para acercar la computación cuántica a un público más amplio, promoviendo el conocimiento sobre una tecnología que tendrá cada vez más presencia en nuestro día a día.

Carlos Kuchkovsky coincide en la importancia de este hito, destacando que cuantas más personas -ciudadanos, científicos, empresarios-se interesen en la computación cuántica, más rápido avanzará su desarrollo. La declaración de este año es clave para generar conciencia y acelerar la adopción de esta tecnología en diferentes sectores.

Además, el momento de empezar es ahora. Aunque la computación cuántica todavía tiene desafíos por resolver, ya existen formas pragmáticas y asequibles de empezar a explorarlas. Como señala Esperanza Cuenca, muchas empresas ya están dando los primeros pasos, colaborando con otras entidades sin necesidad de realizar grandes inversiones de capital. Lo que sí generan, y es un activo clave en la economía del conocimiento, es capital intelectual, algo que marcará la diferencia en el futuro.

El mensaje final del webinar es claro: la computación cuántica está aquí y quien comience a adoptarla ahora tendrá una ventaja competitiva en los próximos años. Como recuerda Juan Moreno, la Fundación Innovación Bankinter seguirá explorando esta revolución tecnológica, impulsando el conocimiento y la colaboración en torno a una de las tecnologías más prometedoras del siglo XXI.