Oportunidades y retos de las tecnologías cuánticas

A raíz del lanzamiento del informe Quantum Computing e Inteligencia Artificial: la revolución silenciosa, desde Fundación Innovación Bankinter estamos celebrando una serie de webinars que pretenden acercar a la ciudadanía una de las tendencias que mayor capacidad tienen de cambiar nuestras vidas: nuevas formas de pensar y nuevas formas de procesar la información permitirán resolver problemas hasta hoy imposibles.

Tras el #FutureTalks que celebramos con Ignacio Cirac, Director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, y uno de los investigadores más punteros a nivel mundial en quantum computing, Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica, ahora es el turno de otro experto español reconocido internacionalmente: José Ignacio Latorre, Director del Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur e Investigador Jefe del Instituto de Innovación Tecnológica de Abu Dhabi, recientemente nombrado miembro de la Real Academia de las Ciencias. Es además, cofundador de Qilimanjaro Quantum Tech.

El mundo cuántico desafía nuestras nociones clásicas de la física, como la posición y velocidad de las partículas, y nos introduce al principio de incertidumbre y la necesidad de utilizar probabilidades. Esto lleva a replantear nuestra comprensión de la realidad y del universo. La computación cuántica promete cambiar paradigmas en la ciencia y la tecnología, lo que implica desafíos y oportunidades en campos como la ciberseguridad, la energía sostenible y la investigación científica. Para enfrentar este futuro, es necesario adoptar un enfoque audaz y colaborativo. El Dr. Latorre, en este #FutureTalks conducido por nuestro director General, Juan Moreno, nos ofrece una perspectiva sobre las oportunidades de las tecnologías cuánticas, nos descubre algunas áreas donde surgirán nuevos negocios y nos alerta sobre los retos científicos y geopolíticos que será necesario resolver. En el siguiente vídeo puedes verlo:

A continuación, resumimos algunas de las ideas clave que ha compartido José Ignacio Latorre en nuestro segundo #FutureTalks de 2023, iniciativa cuyo objetivo es acercar a la sociedad la visión, las experiencias y las reflexiones de profesionales de referencia en sus respectivos campos.

Tecnologías cuánticas: no hemos llegado aquí de casualidad

En 1900 surge la primera ecuación de la mecánica cuántica formulada por Max Planck, seguida de la ecuación de Schrödinger en 1926, los postulados de la mecánica cuántica en 1930 y otros avances significativos a lo largo del siglo XX. Estos logros en mecánica cuántica y teoría de la información han sido fundamentales para el desarrollo de tecnologías como los transistores, los láseres, los sistemas GPS y las comunicaciones. La computación cuántica es el resultado de un siglo de trabajo y es imparable. Actualmente, la computación cuántica y la inteligencia artificial avanzada, como GPT, se están fusionando, lo que podría llevar a una sinergia absoluta entre ambas áreas.

La computación cuántica aprovecha las leyes fundamentales de la naturaleza y las partículas elementales, utilizando superposiciones e interferencias para crear una lógica de computación diferente y más poderosa que la clásica. Esto permite que un ordenador cuántico codifique un número exponencial de datos en un único registro, lo que representa un potencial enorme en términos de capacidad de cálculo.

Tecnologías cuánticas: nuevo paradigma en computación, ciberseguridad y sostenibilidad

La computación cuántica amenaza la seguridad de los sistemas criptográficos clásicos, lo que hace necesario el desarrollo de algoritmos resistentes a ataques cuánticos. Además, las tecnologías cuánticas pueden revolucionar la forma en que procesamos y transmitimos la información, resolvemos problemas y realizamos mediciones sobre fenómenos físicos. Sin olvidar la promesa de una eficiencia energética órdenes de magnitud mayor que con los dispositivos actuales, lo que redundaría en la sostenibilidad de nuestro planeta.

Hay una carrera global en el desarrollo de tecnologías cuánticas, con países y empresas compitiendo por liderar el campo. Para mantener la competitividad y la soberanía tecnológica en un mundo interconectado, es crucial fomentar la investigación, la colaboración entre países donde participen entidades públicas y privadas y crear un ecosistema donde se cristalice esa colaboración y germinen las soluciones.

Por otro lado, es crucial que, para jugar un papel relevante en la creación de soluciones cuánticas, además de invertir mucho dinero en investigación y desarrollo, contar con todo el apoyo de las administraciones públicas y tener un gran número de profesionales capacitados (lo que el Prof. Latorre denomina contar con talento cuántico), se actúe de manera muy rápida y muy audaz.

El estado actual de las tecnologías cuánticas

En el ámbito de la computación cuántica, aún no se ha resuelto el problema físico de construir qubits de alta calidad. Los qubits existentes no son excelentes, ya que hay un equilibrio entre protegerlos y aislarlos del mundo, manteniendo sus propiedades cuánticas y permitir que interactúen para realizar cálculos. Independientemente de ello, la computación cuántica representa un problema grave para la seguridad, entre otras, de las entidades financieras, debido a que existirán algoritmos cuánticos que logren romper la criptografía clásica basada en números primos. Para enfrentar este problema, la NSA y el NIST han organizado una competición en busca de algoritmos de encriptación resistentes a los ordenadores cuánticos. Actualmente, los candidatos siguen siendo evaluados, y la inteligencia artificial se está utilizando para romper algunos de ellos.

Existen dos soluciones principales para resolver el problema de la criptografía en la era cuántica: encontrar un algoritmo post-cuántico sólido o establecer criptografías genuinamente cuánticas. Singapur, un país pequeño, pero bien estructurado, ya ha iniciado una iniciativa para convertirse en un lugar de comunicaciones seguras, estableciendo enlaces cuánticos seguros, nos asegura el Prof. Latorre. Es necesario apostar por soluciones soberanas en lugar de depender de empresas extranjeras para la ciberseguridad, nos recalca.

La convergencia de las tecnologías cuánticas y la inteligencia artificial

Las tecnologías cuánticas se combinan con la inteligencia artificial, creando sinergias entre estas dos disciplinas. La adopción de estas tecnologías revolucionarias es imparable e inexorable, según el Prof. Latorre y los innovadores y emprendedores que se adapten mejor y más rápido a estos cambios tendrán una ventaja competitiva en el futuro.

Ya se habla de quantum machine learning, con dos acepciones: en primer lugar, consiste en el entrenamiento de redes neuronales en ordenadores cuánticos. En segundo lugar, consiste en el uso de redes neuronales adversariales en ordenadores tradicionales para diseñar y crear mejores circuitos cuánticos.

Aplicaciones y desarrollos en la era cuántica

La computación cuántica, la criptografía cuántica y las comunicaciones cuánticas son solo algunas de las aplicaciones que están surgiendo en la era cuántica. Estas tecnologías tienen el potencial de transformar industrias como las finanzas, la ciberseguridad, y la medicina, entre otras. Algunos ejemplos de estas aplicaciones incluyen:

• Simulación cuántica en lugar de usar la simulación Montecarlo para evaluar riesgos financieros.
• Circuitos cuánticos para mejorar la eficiencia energética en cálculos.
• Algoritmos de factorización y búsqueda cuántica para mejorar la eficiencia computacional.

El papel de los ecosistemas en la era cuántica

Los científicos, empresarios, innovadores y emprendedores tienen la responsabilidad de comprender y adoptar las tecnologías cuánticas para mantener la competitividad en sus respectivos campos. Es necesario desarrollar ecosistemas que permitan la colaboración entre empresas, gobiernos y el mundo académico, con modelos de innovación de triple hélice.

Algunos ejemplos de iniciativas en este ámbito incluyen el Quantum Economic Development Consortium en Estados Unidos y el programa Quantum-Safe Network en Singapur. Además, el Chip Act en Estados Unidos y Europa, y próximamente en España, demuestra el compromiso global con el avance de las tecnologías cuánticas y la necesidad de que se mantenga la soberanía tecnológica.

El papel de Europa y España en tecnologías cuánticas

Europa y España tienen un gran potencial en el campo de la computación cuántica, con talento y expertos (muchos en diáspora) y centros de investigación y empresas emergentes en el ámbito cuántico, tal y como se constató en el Future Trends Forum. Sin embargo, es fundamental superar la burocratización y las barreras a la inversión para impulsar la innovación y el emprendimiento en el sector.

Según el Prof. Latorre, Europa tiene un enorme problema con la burocracia (más del 10% de los presupuestos de inversión en investigación y desarrollo de nuevas tecnologías se dedican a su control y supervisión) y, por tanto, con tiempos de decisión demasiado largos. Su propuesta de solución: potenciar a las startups y hacer ver la oportunidad de inversión en tecnologías cuánticas al capital privado. Es decir, localizar a las personas con más talento cuántico y apostar fuerte por ellas y sus proyectos.

Porque, a pesar de la existencia de varias empresas cuánticas en España, se necesita una inversión significativa para desarrollar empresas de tecnología cuántica. Es crucial fomentar la creación de empresas en áreas como criptografía cuántica y tecnologías facilitadoras, así como alentar la colaboración entre diversas disciplinas, en particular entre la ciencia de base y la ingeniería.

Las tecnologías facilitadoras a las que se refiere el Prof. Latorre son, por ejemplo, los refrigeradores de dilución o los dispositivos electrónicos denominados FPGA (del inglés Field Programmable Gate Arrays), que sean criogénicos.

¿Cómo adquirir habilidades quantum?

El Prof. Latorre nos dice que ya existen cursos sobre tecnologías cuánticas, como los ofrecidos por Qureca, cuya fundadora y Directora General , Araceli Venegas-Gómez, es otra de las expertas que participó en nuestro think tank.

Desde el centro que dirige el Prof. Latorre en Singapur, están desarrollando un programa completo de formación en tecnologías cuánticas en cuatro niveles. El primero, que se podrá realizar online y explicará los conceptos básicos, estará dirigido a todo tipo de profesionales que quieran comprender las implicaciones de las tecnologías cuánticas en sus respectivos campos. El segundo nivel consistirá en cursos intensivos tipo Bootcamp, dirigido a profesionales técnicos y científicos que quieran tener un trabajo que tenga que ver con las tecnologías cuánticas. Los dos últimos niveles serán más académicos, consistiendo en un posgrado y en un Máster.

Si quieres profundizar en las tecnologías cuánticas y qué pueden representar a corto, medio y largo plazo, te invitamos a leer el informe del Future Trends Forum Quantum e inteligencia artificial: la revolución silenciosa.