España redobla su apuesta por la computación cuántica

Si el ser humano quiere entender todo el mundo microscópico que lo rodea, ser capaz de resolver problemas para los que ahora mismo no tiene solución o avanzar en la medicina personalizada, es necesario seguir apostando e investigando en computación cuántica.

Simular ese mundo cuántico es muy difícil con la actual computación, basada en 0 y 1. Por eso, los físicos empezaron, allá por la década de los 80, a crear estos primeros ordenadores cuánticos capaces de simular este mundo tan minúsculo y, sin embargo, tan fundamental. «Todo el universo está hecho de piezas microscópicas que tienen esa capacidad cuántica. Por tanto, si queremos realmente entender todos estos engranajes, cómo funciona el universo y la naturaleza, deberemos simularlo a pequeña escala para cada vez ser más precisos y entender mejor cómo son estas interacciones entre átomos», explica Alba Cervera, coordinadora de Quantum Spain. Esta mayor comprensión tiene aplicaciones en ámbitos tan diversos como la química o la medicina: desde todas las reacciones entre moléculas, átomos y otros elementos para encontrar nuevas reacciones que den paso a química más avanzada, hasta la elaboración de unos medicamentos más personalizados o crear nuevos materiales que sean mejores conductores de la electricidad, del calor o más magnéticos, por poner algunos ejemplos.

Para Mikel Díez, director de Innovación de IBM España, Portugal, Grecia e Israel, la clave del porqué ahora esta tecnología está tan en desarrollo es porque la Ley Moore (según la cual cada dos años se doblaría la capacidad de meter transistores en un chip) está tocando techo. «Es como lanzar un electrón con un cañón por un pasillo, que ya no es ni lo bastante grande ni tiene la suficiente precisión para lanzarlo donde queremos», dice.

Aplicaciones prácticas

Aunque el desarrollo de esta tecnología está aún en sus fases más incipientes, sus potenciales aplicaciones prácticas son enormes. Una tiene que ver claramente con simulación de la naturaleza. «Vamos a ser capaces de entender cómo se produce una proteína con la membrana de una célula, lo que será muy interesante para abordar situaciones de pandemia o virus, por ejemplo», explica Díez, quien también habla de conocer cómo se comportan los tipos de grafeno para crear nuevos materiales.

Otra línea es la de inteligencia artificial. Díez pone el ejemplo de cómo establecer la ruta más optimizada para cada uno de los mil barcos cargueros de gas natural que puede una empresa tener repartidos por todo el mundo, cada uno sujeto a condiciones climatológicas y limitaciones regulatorias diferentes por países. Pero también, en el caso de los bancos, desarrollar un código capaz de generar un coeficiente de riesgo según el cual tenga que provisionar más capital ante el regulador. «Son problemas de optimización o de simulación que también tenemos que ser capaces de abordar», reflexiona el responsable de IBM, quien confirma que ya hay empresas que están trabajando con su compañía en estas aplicaciones prácticas de la computación cuántica, una de ellas en la gestión de nuevos fármacos.

Otra de las primeras aplicaciones reales se ha dado en matemáticas, dado que se pueden codificar problemas matemáticos muy complejos y procesarlos de forma diferente para resolverlos de manera eficiente. «Un ejemplo muy famoso es el de factorización», expone Cervera. En su planteamiento clásico, es muy complicado de resolver, dado que consiste en saber por cuántos números es divisible una cifra. «Con un número gigantesco tienes que ir probando uno detrás de otro y vas a tardar mucho tiempo. Con la computación cuántica se puede hacer de forma eficiente», explica esta responsable, que añade las repercusiones que eso tiene en materia de seguridad, puesto que toda la criptografía actual se basa, precisamente, en que factorizar no sea eficiente.

En manos de la ciencia

Sin embargo, lo cierto es que, al menos de momento, el uso y empleo de este tipo de computación reside en manos de los científicos. «Hay muchos campos de aplicaciones que todavía no conocemos», reconoce Alba Cervera, para quien estamos viviendo la transición desde lo que era algo plenamente teórico a otra realidad más experimental, gracias también al avance que se está haciendo en materia de hardware, de ser capaces de construir estos nuevos procesadores (que funcionan con qubits) para dar potencia a estos nuevos ordenadores. «Estamos empezando a ver un crecimiento muy rápido. En 2016 teníamos cinco qubits y ahora ya vamos por 100. Esto ha arrastrado a muchísima gente a este campo y permite que evolucione más rápido», añade Cervera.

En valoraciones del responsable de IBM, en el despegue de esta tecnología confluyen varios factores. Por un lado, que la comunidad científica «ha aceptado que la computación cuántica no va a sustituir a la computación clásica, sino que la complementa». Por eso, defiende estos mecanismos híbridos, «donde cada uno hace lo que mejor sabe hacer». Además, coincide en que el desarrollo de los procesadores cuánticos ha acortado los tiempos de desarrollo y aplicación. «Desde 2016 en que colocamos nuestra primera máquina cuántica hemos producido 60. Ahora tenemos disponibles 24 en nuestros centros, donde hay más de medio millón de personas en el mundo que acceden a ellas», explica.

Cervera destaca que, cuando esté operativo el ordenador cuántico de Barcelona, se dará acceso al resto de la comunidad científica. En el Barcelona Supercomputing Center (BSC) se realiza la investigación básica y de gestión del ordenador, verificando que funciona para dar servicio y soporte al resto de la comunidad. Actualmente el BSC está programando simuladores cuánticos hasta tener el ordenador completo.

Mientras, el IBM-Euskadi Quantum Computational Center promoverá el uso de tecnología avanzada en todo el Gobierno Vasco y en las Diputaciones Generales (Álava, Vizcaya y Guipúzcoa), facilitando la labor de investigación de las universidades vascas y promoviendo las colaboraciones internacionales de investigación.

Aunque la construcción de ambos ordenadores no estará completa hasta dentro de varios meses (el del BSC está más avanzado), dado que los dos forman parte de una red internacional, los investigadores ya pueden empezar a utilizar algunas de sus características. Además, Díez defiende la colaboración entre todos los ordenadores cuánticos. «Ya existen conversaciones entre el País Vasco, el BSC y otros superordenadores de España para hacer alianzas. Desde que iniciamos los ordenadores cuánticos, nuestra estrategia siempre ha sido abierta y open source», subraya.

Inversiones millonarias

Pese a que los dos ordenadores cuánticos que tendrá España ya han sido anunciados, su construcción se prolongará durante varios meses.

En Barcelona, se espera recibir el primer chip cuántico «en los próximos meses» y, a partir de ese momento, se podrán empezar a poner en marcha los primeros proyectos.

Mientras, para el de San Sebastián deberemos esperar hasta finales de 2024 para que este ordenador esté en funcionamiento. Un camino que, sin embargo, se empezó a andar hace ahora tres años por parte del gobierno vasco.

Hasta que llegue ese momento, estos centros pueden acceder a los recursos de otros.

Barcelona y San Sebastián, puntos clave en la red internacional

España contará con dos ordenadores cuánticos, uno de ellos en Barcelona y el otro situado en San Sebastián. El de la Ciudad Condal, que se está construyendo en el Barcelona Supercomputing Center, sirve al proyecto Quantum Spain, financiado con fondos europeos del Plan de Recuperación. Forma parte también del consorcio de supercomputación de la Unión Europea, EuroHPC JU, para albergar y operar los primeros ordenadores cuánticos EuroHPC.

Cabe señalar que España fue uno de los seis países europeos seleccionados para formar parte de esta red. Cada centro apuesta por una tecnología distinta para que los seis se complementen, de forma que un usuario europeo tenga la oportunidad de acceder a tecnologías diferentes. «La gracia es que todos colaboramos de forma que cualquier usuario europeo que necesita acceder a tecnología pueda hacerlo e ir avanzando todas en paralelo lo máximo posible. Porque, en el futuro, no sabemos qué tecnología va a ser la mejor o si va a ser una mezcla», explica Cervera.

La inversión ascenderá a 12,5 millones de euros, cofinanciada al 50% por la UE y por el Gobierno de España. Esta infraestructura se instalará a lo largo de 2023 y estará integrada en el supercomputador MareNostrum 5, el más potente de nuestro país.

Sexto mundial

Mientras, el que se instalará en Donosti será el sexto ordenador cuántico IBM Quantum System One de 127 qubits que la multinacional americana tiene desplegados por todo el mundo y el segundo de ellos en el Viejo Continente. Es la mayor inversión en infraestructura realizada en el País Vasco hasta el momento.

IBM busca que sus ordenadores cuánticos estén situados en áreas que respondan a cuatro necesidades: la capacidad de infraestructura de la zona, el talento (universidades, academias y centros tecnológicos o de investigación), que haya investigación y el desarrollo económico e industrial. «El País Vasco es una zona reconocida a nivel europeo como de alta capacidad e innovación y con capacidad industrial demostrada y consolidada. Tiene una serie de centros tecnológicos y universidades que son referentes en Europa, así como los de investigación. Al igual que hemos hecho con EE UU, Japón, Canadá, Corea y Alemania, las condiciones se daban en el País Vasco. Por eso elegimos ubicarlo allí», asegura Díez.