Un ordenador cuántico es una máquina de calcular que sustituye a los clásicos bits por bits cuánticos o cúbits. El bit tradicional puede adquirir el valor de 0 o 1, mientras que el cúbit permite la coexistencia de ambos a la vez. Los sistemas que computan usando la física cuántica utilizan las propiedades microscópicas de las partículas subatómicas; una de esas propiedades es la posibilidad de estar en dos lugares al mismo tiempo. Eso suena a paradoja, pero está demostrado empíricamente: el protocolo de teletransportación funciona y se produce gracias a una de las dos grandes propiedades de la mecánica cuántica: el entrelazamiento de los cúbits. La otra propiedad es la ya citada superposición de estados.
Estas asombrosas características multiplican la potencia de los ordenadores cuánticos con respecto a sus hermanos convencionales. Así, si un superordenador actual puede hacer millones de operaciones con bites (el Summit de IBM es capaz de procesar más de 200.000 millones de cálculos por segundo), uno cuántico puede ejecutar trillones. De ahí la importancia de aumentar la capacidad de cúbits en los modelos en desarrollo y minimizar los errores que afectan a esta tecnología.
El principal inconveniente de la computación cuántica es que el entorno de ese sistema se contamina por el ruido, la temperatura o la luz, lo que provoca que se pueda corromper esa información, produciéndose errores que deben ser subsanados para que el resultado sea correcto. La meta es crear ordenadores cuánticos que sean robustos, pero fiables, que puedan crecer en tamaño (cúbits) y desarrollar algoritmos cuánticos que soluciones problemas matemáticos o de otra índole actualmente imposibles de resolver.
Esa peculiar arquitectura fomenta enormes avances tecnológicos en las áreas de ciberseguridad y en Inteligencia Artificial (IA). “La Inteligencia Artificial y la computación cuántica van a ir de la mano”, estimó Pablo García, director general de Agenda Digital de la Junta de Extremadura.
IBM, el gigante de la computación, anunció su primer ordenador cuántico en 2016, con apenas 5 cúbits. Un año después, hizo lo propio con uno de 16 cúbits, seguido seis meses después por otro de 20 cúbits de capacidad. En aquel 2018, su mejor computador cuántico universal (esto es, diseñado con un propósito general) tenía 50 cúbits.
La compañía canadiense D-Wave Systems, por su lado, fue una de las primeras en lanzar un ordenador cuántico a la venta. Era septiembre de 2016. La máquina D-Wave 2000Q se destinó al Laboratorio Nacional de Los Álamos, del Departamento de Energía de Estados Unidos. El precio estimado del ingenio era de 14 millones de euros.
El ritmo de los cambios se antoja vertiginoso. IBM presentó el año pasado el modelo Osprey (Águila Pescadora), de 433 cúbits y su estrategia apunta a seguir escalando y construir en 2025 el modelo Kookaburra (Cucaburra), con una capacidad prevista de 4.000 cúbits. Un computador de esa magnitud será capaz de ejecutar cálculos que precisarían un ordenador tradicional de casi el tamaño de la Tierra.
“La industria no va a esperar 2 ó 3 años. Esto es ahora”, destacó García. “Por ejemplo, en el caso de cifrado y criptología, la industria tiene que estar ya preparada antes de que la tecnología llegue al mercado”, agregó. García también consideró que la computación cuántica es una tecnología estratégica y rupturista.
Es previsible que el uso de estas computadoras se limite al sector industrial y no sustituya al ordenador personal. Y no es de extrañar, ya que para que el mencionado D-Wave 2000Q funcione ha de estar en una sala de vacío absoluto, a una temperatura de casi 0 absoluto (unos -273°C), a una presión 10.000 veces menos que la de la atmosfera de la Tierra y a 50.000 veces por debajo del campo magnético del planeta. Y es que la menor perturbación térmica o electromagnética puede alterar el estado de los cúbits y provocar errores de cálculo.
En el ámbito industrial, las aplicaciones de la computación cuántica son muy notables. Se concretan en el diseño de nuevos materiales, en la industria química, en la cadena de suministro, en la industria farmacéutica, en la ciberseguridad, en las predicciones financieras, en la movilidad autónoma, en la mejora de los procesos productivos o en la inteligencia artificial cuántica.
Como subrayó el iTALKER y responsable de Ciberseguridad de Tecnalia, Óscar Lage, la computación cuántica se emplea en dos ámbitos principales: las grandes simulaciones y los procesos de optimización.
Los sensores cuánticos para escanear imágenes con gran precisión servirán para la navegación de vehículos y aeronaves. Otra aplicación práctica será la criptografía cuántica, capaz de generar números aleatorios gigantescos para garantizar comunicaciones seguras “sin ruido”.
Con respecto a la industria 4.0, la tecnología cuántica se aplicará a la simulación de nuevas moléculas y materiales o la optimización de la logística. Los acelerómetros cuánticos complementarán a los actuales navegadores GPS para ubicarse en el interior de un túnel o de una mina. En agricultura, veremos cómo se emplean los qubits en la optimización de cultivos y en la creación de fertilizantes más respetuosos con el ecosistema.
Pablo García apuntó al uso de la computación cuántica para el modelo de gemelos digitales. “Sea la industria que sea, podría tener un modelo virtual de mi fábrica, con todas sus variables y maquinaria, y ver si cambio algo cómo afecta a mi producción dentro de un año. Ya existen gemelos digitales, pero la parte algorítmica será más potente. Ahí es donde está tecnología va a funcionar muy bien”, opinó.
La carrera cuántica que se vislumbra –en la que, además de IBM, están Google, Intel, Amazon y Microsoft, entre otras–, tiene tintes geopolíticos pues oculta la lucha por la hegemonía tecnológica entre Estados Unidos y China. En cualquier caso, el futuro, según auguran los expertos, no exigirá a las industrias disponer de un ordenador cuántico, sino que un desarrollador podrá incorporar a sus programas determinadas funcionalidades y operaciones de cálculo cuántico que se ejecutarán en la nube y que se integrarán con fluidez en aplicaciones que aunarán la nueva tecnología y la existente. Lo más plausible es que los ordenadores cuánticos se alquilen a usuarios y pequeñas empresas. En el actual proceso de cambio, ya se están poniendo en marcha soluciones híbridas que emplean ambos sistemas de computación.
“En la Administración, los servicios que se van a poder ofrecer a los ciudadanos van a ser completamente rupturistas, porque te vas a adelantar a lo que necesitan. Va a ser un antes y un después”, explicó el director general extremeño a industry TALKS.
España está bien posicionada para esta revolución venidera, estimó Pablo García. En hardware y software.
“Cuando llegue el momento en el que haya un mínimo de capacidad para resolver una serie de problemas reales como con el computador real cuántico a unos precios adecuados, como tu empresa no esté ya metida en el mundo cuántico, en pocos meses estará fuera directamente”. Así de contundente se mostraba Raúl Mata, profesor del curso de Computación Cuántica del Colegio de Ingenieros Industriales de Madrid (COIIM) y miembro de QSPAIN, la Quantum computing SPanish Association in INformatics, cuando fue entrevistado hace casi un año por este medio de comunicación.
Ese posicionamiento se ha visto reforzado desde que IBM optó por el País Vasco para colocar allí un ordenador cuántico modelo Eagle, de 127 cúbits. La máquina será montará en 2024 en San Sebastián. Será la primera de España, la segunda de Europa y la sexta del mundo. Los otros cinco ordenadores cuánticos de IBM se encuentran instalados en el Fraunhofer-Gesellschaft alemán, en la Universidad de Tokio, en el Cleveland Clinic (Ohio) de Estados Unidos, en la Universidad Yonsei de Corea del Sur y en Quebec (Canadá), los tres últimos aún en construcción. La infraestructura, denominada BasQ, Basque Quantum, supondrá un desembolso de 120 millones de euros hasta 2028. Eso incluye el apoyo de 50 millones de euros de la Administración vasca a través de Ikerbasque, la Fundación Vasca para la Ciencia. De hecho, el País Vasco va a hacer la mayor inversión científica de su historia.
IBM optó por esa comunidad autónoma porque consideran que reúne cuatro condiciones indispensables para ellos: la tecnología; la educación y la formación; la I+D+i; y la aplicación industrial. La oportunidad radica en desarrollar toda la tecnología, el software, la algoritmia, los componentes… Otro pilar fundamental es el formativo y sacar ventaja de esta tecnología. “La máquina es un imán para atraer talento”, dijo Horacio Morell, presidente de IBM España al desvelar la operación.
En este sentido, el campus de programación 42 Urduliz de Telefónica abrirá sus puertas a la computación cuántica en base a un acuerdo alcanzado con IBM. El otro socio de 42 Urduliz es la Diputación Foral de Vizcaya, dentro de su estrategia colaborativa Quantum Ecosystem. La formación en 42 Urduliz es gratuita, previo proceso de selección.
Otro polo de interés se sitúa en Cataluña, donde se construirá el primer ordenador cuántico de uso público del sur de Europa. Esta nueva infraestructura se levantará a lo largo de este año en el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS). Para ello se creó una UTE (Unión Temporal de Empresas) formada por la catalana Qilimanjaro Quantum Tech y el grupo multinacional GMV.
La iniciativa, financiada con fondos europeos del Plan de Recuperación Transformación y Resiliencia (PRTR), forma parte del proyecto Quantum Spain, impulsado por el Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital (MINECO), a través de la Secretaría de Estado de Digitalización e Inteligencia Artificial (SEDIA). La nueva máquina cuántica se integrará en el superordenador MareNostrum 5, el más potente de nuestro país y entre los más avanzados de Europa y del mundo.
Quantum Spain, cuyo objetivo es crear un ecosistema cuántico eficaz en España, se enmarca en la Estrategia Nacional de Inteligencia Artificial (ENIA) de la agenda España Digital 2026, y cuenta con 25 centros, ubicados en 14 comunidades autónomas e integrados en la Red Española de Supercomputación (RES), que coordina el citado BSC-CNS.
España fue uno de los seis países europeos seleccionados por el consorcio de supercomputación de la Unión Europea (UE), la European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU), para albergar y operar los primeros ordenadores cuánticos EuroHPC. La inversión en nuestro país ascenderá a 12,5 millones de euros, cofinanciada al 50% por la UE y por el Gobierno de España.
Este nuevo ordenador cuántico, de 30 cúbits, será el primero en nuestro país en estar a disposición de los usuarios y se espera que sea utilizado de manera transversal por investigadores y por empresas, añadiendo nuevas capacidades a la Red Española de Supercomputación y contribuyendo a la estrategia europea de soberanía digital.
Qilimanjaro es una de las cinco startups a nivel mundial, la única española, con potencial para influir en la industria de la computación cuántica, según el informe StartUs Insights 2022. Su objetivo es desarrollar la próxima generación de ordenadores cuánticos con un acceso a la nube fácil de utilizar, que permita abordar de forma efectiva problemas complejos de optimización en sectores como la logística, las finanzas y la energía, entre otros, así como la simulación de procesos físicos y químicos, muy presentes en las industrias de investigación farmacéutica y de materiales.
“El ordenador cuántico que proveemos al proyecto Quantum Spain permite extender las capacidades de cálculo de la Red Española de Supercomputación al nuevo paradigma de cálculo cuántico, constituyendo un ejemplo pionero en Europa de computación híbrida de supercomputación y cuántica. Nos enorgullece implantar este sistema innovador en base puramente a tecnología española y europea, y esperamos que nos posicione a nivel científico, tecnológico y empresarial en primera línea a nivel internacional en este emergente campo con claro potencial disruptivo”, indicó Víctor Canivell, co-fundador y CBO de Qilimanjaro cuando se hizo público el nuevo proyecto, el pasado 27 de febrero, en el Pabellón España ubicado en el recinto del Mobile World Congress (MWC) 2023 en Barcelona.
Además del ordenador cuántico, Qilimanjaro se encargará de caracterizar y proveer chips cuánticos basados en tecnología de cúbits superconductores, y de su correspondiente software de acceso y control, así como de su instalación y mantenimiento. El primer chip cuántico estará disponible en el segundo trimestre de 2023 en las instalaciones de Qilimanjaro, mientras que se espera que la nueva infraestructura de computación cuántica esté instalada en el BSC el tercer trimestre de 2023 complementando al nuevo MareNostrum 5.
GMV, por su parte, es un grupo tecnológico español fundado en 1984, de capital privado y con una importante presencia internacional, con una plantilla de 3.000 profesionales en 12 países. La estrategia de crecimiento de la compañía está basada en la innovación continua, dedicando un 5 % de su facturación a I+D+i. Sus desarrollos son especialmente sobresalientes en la industria espacial. En esta iniciativa, GMV complementa la tecnología cuántica de Qilimanjaro, encargándose de la infraestructura de sistemas convencionales y de redes necesarias para la operación del ordenador cuántico.
También es relevante destacar que el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) compró a la compañía Fujitsu por 14 millones de euros un ordenador cuántico que se enmarca en las actividades del recientemente creado Polo de Tecnologías Cuánticas de Galicia. El computador se instalará a partir de este año. El CESGA también integra proyecto Quantum Spain.
Y entretanto ayer viernes 14 de abril se celebró, precisamente, la tercera edición del Día Mundial de la Cuántica o World Quantum Day. Esta iniciativa apoyada por la comunidad científica internacional de más de 65 países tiene como principal objetivo promover el conocimiento público de la ciencia y la tecnología cuánticas. En este evento a gran escala participaron científicos, ingenieros, educadores, comunicadores, empresarios, tecnólogos, historiadores, filósofos, artistas, museólogos, productores…
La segunda edición del Día Mundial de la Cuántica celebrada en 2022 contó con más de 200 eventos en 193 ciudades de 44 países y en 17 lenguas diferentes. Se abordaron temas como la física atómica y molecular, la física de partículas, astrofísica, cosmología, gravitación cuántica, plasma cuántico, ingeniería cuántica, metrología cuántica, óptica cuántica, computación cuántica, química cuántica, termodinámica cuántica, fundamentos cuánticos, así como su historia, sus fundamentos matemáticos, sus aplicaciones tecnológicas o sus implicaciones sociales o filosóficas.
España, entre otras actividades, contribuyó con una masterclass simultánea entre 7 centros que forman parte del Quantum Spain. Se trata del Barcelona Supercomputing Center (BSC – CNS), el Consorci de Serveis Universitaris de Catalunya (CSUC), el Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA), la Universidad de Santiago de Compostela (USC), la Fundación de Computación y Tecnologías Avanzadas de Extremadura (COMPUTAEX), el Centro Extremeño de Investigación, Innovación Tecnológica y Supercomputación (CÉNITS), el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Centro de Innovación Digital de Canarias (CIDIHUB) y la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).
La masterclass, abierta a estudiantes de 18 a 24 años, consistió en una charla por investigadores de los diferentes centros que explicaron los fundamentos y los métodos de la investigación de la computación cuántica. A continuación, se realizó un caso práctico que permitiera a los estudiantes tener la experiencia de resolver un problema creando un circuito cuántico. Y para finalizar se organizó una sesión simultánea entre varios centros de la Red Española de Supercomputación (RES), donde los estudiantes pudieron discutir de forma coordinada sus resultados.
