Oportunidades y retos de las tecnologías cuánticas

¿En qué momento de desarrollo se encuentran las tecnologías cuánticas? ¿en qué áreas se presentarán las grandes oportunidades de negocio? ¿cuáles son los retos a resolver a futuro?

Fundación Innovación Bankinter celebró su último think tank Future Trends Forum bajo el lema Quantum e inteligencia artificial: la revolución silenciosa, reuniendo a más de cuarenta expertos con perfiles científicos, investigadores, emprendedores y directivos, para, entre otras cosas, dar respuesta a esas preguntas.

Entre los expertos reunidos, estaba José Ignacio Latorre, Director del Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur e Investigador Jefe del Instituto de Innovación Tecnológica de Abu Dhabi. Es además, cofundador de Qilimanjaro Quantum Tech, junto con el también experto del Future Trens Forum, Victor Canivell.

En su ponencia, el Prof. Latorre habla sobre el presente y el futuro de las tecnologías cuánticas, repasando cuál ha sido el camino hasta hoy. Si quieres conocer las respuestas a las preguntas que formulamos, no te pierdas su intervención en el Future Trends Forum:

El camino recorrido hasta hoy en tecnologías cuánticas

Los últimos años estamos llegando, desde el punto de vista científico, a un increíble control de la materia: la humanidad es capaz de controlar fotones individuales, átomos individuales, electrones individuales.

Este avance científico está produciendo una nueva ola de tecnologías cuánticas. Y los países están tratando de competir para lograr algún tipo de ventaja competitiva en estas nuevas capacidades cuánticas.

Realmente, según el Prof. Latorre, no se está produciendo una revolución cuántica, sino que el momento actual es el resultado de una evolución rápida e inexorable desde que se formuló la física cuántica hace más de un siglo (en el año 1900).

El progreso acelerado de la tecnología y los cambios en el modo de vida humano dan la apariencia de acercarse a alguna singularidad esencial. Ya en 2019, asistimos a la primera afirmación de que se había producido la supremacía cuántica (el Prof. explica que se trata del momento en que un ordenador cuántico es capaza de resolver un problema irresoluble con un supercomputador actual, y prefiere usar la expresión ventaja cuántica). Y en el campo de la inteligencia artificial, se está produciendo también una evolución acelerada, con redes neuronales, redes neuronales profundas e inteligencia artificial avanzando hacia la inteligencia artificial general. El punto en el que nos encontramos hoy se debe a los avances científicos que se han ido produciendo a lo largo del siglo XX. 

La mecánica cuántica, base de las tecnologías cuánticas

Computación y simulación cuántica, comunicación cuántica, detección cuántica, inteligencia artificial cuántica. Son tecnologías que están surgiendo por el dominio que tenemos hoy de la mecánica cuántica. Creamos sistemas físicos que obedecen a las leyes de la física cuántica y somos capaces de almacenar la información en los denominados qubits, que abren la puerta a potencias de computación muy superiores a las que se consiguen con los superordenadores actuales, como nos cuenta Ignacio Cirac en este #Future Talks. Un qubit es una abstracción lógica de la física cuántica y es un nuevo paradigma para la computación, es un mundo nuevo, infinitamente más sofisticado.

En función de cómo definamos un qubit y cómo interactuemos con él, podemos pensar y crear sensores cuánticos, comunicaciones cuánticas, criptografía cuántica, computación cuántica y simulaciones cuánticas. Y estas son las tecnologías que todos los países se esfuerzan por desarrollar. Para ello, deben fortalecerse tres pilares:

• la ciencia básica, fundamental porque aún no conocemos las soluciones óptimas.
• La creación de instrumentos cada vez más avanzados.
• La creación de talento cuántico en todos los ámbitos científicos y económicos: matemáticas, químicos, físicos, ingenieros, economistas.

Oportunidades de negocio alrededor de las tecnologías cuánticas

Existen muchos dilemas a resolver en la industria cuántica. A día de hoy no se sabe si estará dominada por las grandes empresas tecnológicas o por las startups. Tampoco se sabe si el gran mercado y las grandes oportunidades de negocio vendrán de los productos cuánticos de base (por ejemplo, ordenadores cuánticos) o vendrá de tecnologías facilitadoras. Por último, no se sabe si será un mercado global o si la geopolítica obligará a muchas empresas a ser tan solo nacionales.

Teniendo en cuenta todas estas incógnitas, el profesor Latorre se aventura a pronosticar que las grandes oportunidades de negocio se presentarán fundamentalmente en dos áreas: la ingeniería y la algoritmia:

Ingeniería, es decir, en el diseño y desarrollo de los componentes físicos (hardware) necesarios para crear ordenadores cuánticos y sistemas cuánticos de medición, de comunicación, de criptografía. Por ejemplo, un negocio muy interesante es la fabricación de refrigeradores de dilución, que sirven para conseguir las temperaturas extremadamente bajas que necesitan los ordenadores cuánticos para que los qubits no pierdan sus propiedades. También existen oportunidades de negocio muy importantes en la fabricación de dispositivos electrónicos de naturaleza programable, los denominados FPGA (del inglés Field Programmable Gate Arrays), que sean criogénicos. Y así, en otras industrias auxiliares especializadas que menciona el Prof. Latorre, como litografías por haz de electrones, evaporadores angulares, amplificadores cuánticos, láseres especializados o detectores de fotón único.

Algoritmia, esto es, en el diseño y desarrollo de algoritmos cuánticos. Especialmente en las siguientes industrias:

• Finanzas: sustituyendo el método de Montecarlo con circuitos cuánticos, dado que la lógica cuántica genera distribuciones de probabilidades de una forma muy potente y para crear nuevas soluciones de gestión del riesgo.
  • Química, para el análisis de moléculas y diseño de nuevos materiales.
  • Optimización: aplicado a logística, cadenas de valor, hidrodinámica, etc.
  • Inteligencia artificial, para el desarrollo de soluciones de aprendizaje automático cuántico.
  • Ciberseguridad: Implementando algoritmos de criptografía post cuántica.

 Para que se puedan desarrollar estas oportunidades de negocio, se deben financiar y promover acciones desde las administraciones públicas, como las emprendidas por la Unión Europea, que ha anunciado recientemente la cofinanciación de seis ordenadores cuánticos, uno de ellos, en España. Estas acciones son absolutamente necesarias para mantener la competitividad del sector privado y crear ecosistemas cuánticos europeos y nacionales, que necesitan de la investigación básica y las instalaciones desde el sector público. Esto inyecta conocimiento y propiedad intelectual en las startups cuánticas. Como insiste el Prof. Latorre, la soberanía tecnológica está en juego y todos los países deberían estar preparados para ello.

Retos a resolver alrededor de las tecnologías cuánticas

Respecto a los grandes retos de las tecnologías cuánticas, el profesor Latorre apunta que los retos a los que nos enfrentamos se encuentran en tres grandes categorías: retos científicos, retos públicos y retos de la industria. Nos encontramos con:

Retos científicos: especialmente, se trata de resolver la coherencia de los resultados, que se ve comprometida por el entorno físico. Esto es, que las leyes de la mecánica cuántica sigan siendo aplicables durante más tiempo del logrado hasta ahora, para que podamos hacer muchas más manipulaciones de las que se pueden hacer y, por lo tanto, podemos hacer más cosas. Aunque muchos expertos añadirían aquí la corrección de errores, el Prof. Latorre piensa que necesitamos una coherencia mucho mejor, antes de que la corrección de errores pueda mitigar los problemas. Por supuesto, necesitaremos cierta mitigación de errores, pero el reto ahora es ampliar la coherencia.

Además, se necesita crear algoritmos para casos de uso reales y útiles, y no teóricos como hasta ahora. E ir avanzando en el nivel de madurez de la tecnología: no basta con tener una prueba de concepto, sino que tenemos que pasar a prototipos y demostraciones y de ahí a la producción. Así que la comunidad científica tiene que elevar los TRLs (Technology Readiness Levels) antes de que la tecnología pueda pasar a la industria. Por último, apunta el profesor, se tendrían que mantener y ampliar las ideas de código abierto en la ciencia cuántica.

Retos públicos: los gobiernos tendrían que agilizar los trámites burocráticos por un lado y apostar por líneas de inversión potentes en tecnologías cuánticas, potenciando a la industria. Además, debe acabarse con el aislamiento de las universidades frente a las startups y viceversa, promoviendo ecosistemas cuánticos.

Retos de la industria: El principal reto es que la industria entienda las bases de las tecnologías cuánticas y su potencial de aplicación, porque hay tanta información errónea y exagerada, que entender realmente lo que es factible y lo que no lo es, es un reto en sí mismo.

Adicionalmente, la industria se enfrenta al reto de adquirir y retener talento cuántico especialista, capaz de determinar dónde y cómo invertir, seleccionando inversiones en proyectos significativos y bien informados.

Ampliando estos retos, es necesario estar prevenidos contra la decepción que se podría producir por unas expectativas demasiado altas, para resultados demasiado pronto (“Hype”), que haga que inversores y empresas disminuyan su interés y, por tanto, su inversión en tecnologías cuánticas.

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