CTIC Centro Tecnológico lidera la Red ARQA, una alianza de centros tecnológicos pensada para transferir investigación aplicada al sector productivo en el ámbito de la computación cuántica
“La computación cuántica permite atisbar cambios de paradigma en la ciencia y la tecnología”
“Su desarrollo apunta a revolucionar la medicina, las finanzas, la logística, el desarrollo de los materiales o la inteligencia artificial”
“CTIC es el centro tecnológico español con mayor capacidad de simulación en computación cuántica y uno de los más avanzados a nivel europeo”
“ARQA permitirá visualizar la aplicación directa de la tecnología como casos prácticos para que puedan ser fácilmente entendibles por las empresas”
La industria del siglo XXI se enfrenta a numerosos retos que le exigen adaptarse y aplicar mejoras para poder ser competitiva. Algunos de estos retos pueden abordarse mediante nuevos sistemas de análisis de los datos, que en los últimos años han avanzado en gran medida gracias a la Inteligencia Artificial y las técnicas de big data. Son retos tan complejos que, aun utilizando estas nuevas técnicas, están limitados por la capacidad computacional de la tecnología actual.
Es en este punto donde entra en juego la computación cuántica, una rama de la ingeniería informática que ya permite atisbar cambios de paradigma en la ciencia y la tecnología. Más que ordenadores, son supercomputadoras capaces de resolver en pocos segundos tareas imposibles para un ordenador clásico. Esta es su principal ventaja; su capacidad para resolver retos muy complejos de Inteligencia Artificial.
Así, en los últimos años la computación cuántica ha despertado un gran interés. Aunque aún no resulte fácil el acceso a un verdadero ordenador cuántico, la investigación en este área ha crecido mucho en un marco de tiempo muy corto. Cada vez son más las empresas y los inversores privados que tienen interés en cómo podría impulsar sus ganancias comerciales. Esto justifica el creciente estudio de la computación cuántica, porque, aunque la tecnología (incluso la hibridación clásico-cuántica) aún sea relativamente inmadura, se prevé una rápida evolución e implantación en el medio plazo.
Existen aún dudas sobre cuáles pueden llegar a ser sus utilidades prácticas. Su desarrollo apunta a revolucionar la medicina, las finanzas, la logística, el desarrollo de los materiales e incluso la inteligencia artificial, a la que está fuertemente ligada. Podría acelerar el descubrimiento de nuevos fármacos y terapias personalizadas; predecir las propiedades de nuevos materiales a nivel atómico, impulsando innovaciones en sectores como la energía y la electrónica; en el ámbito financiero mejorar los modelos de riesgo y optimización de carteras de inversión, ofreciendo soluciones en tiempo real para decisiones financieras críticas, revolucionando la logística al mejorar rutas y horarios de entrega, reduciendo costos y optimizando la eficiencia operacional o, en el ámbito de la Inteligencia Artificial, potenciando la capacidad de procesamiento, mejorando el aprendizaje automático y permitiendo avances significativos en la comprensión de datos complejos.
Orígenes de la computación cuántica
Pero vayamos al principio. ¿Cuándo surge la computación cuántica? Sus primeros pasos datan ya de 1900, cuando un físico alemán llamado Max Planck -que años después fue galardonado con el Premio Nobel de Física- formuló la primera ecuación de la mecánica cuántica. A partir de este momento, los avances en este campo se fueron sucediendo hasta que, en el año 1980, cuando surgían los primeros ordenadores personales aún sin interfaz gráfica, el físico estadounidense Paul Beniof, propuso un modelo cuántico de la Máquina de Touring, un artilugio programable concebido por el matemático británico Alan Turing capaz de resolver problemas descritos con un algoritmo. El modelo de Beniof utilizaba el qubit (bit cuántico) para el procesamiento de la información. Esta unidad de cálculo constituye la base elemental de los ordenadores cuánticos, frente al bit de los ordenadores clásicos.
Un año más tarde, el también físico estadounidense Richard.P Freyman publicó un artículo titulado “Simulando la física con computadoras”. En él proponía a la comunidad científica el desarrollo de computadoras cuánticas para permitir el estudio y simulación de los fenómenos del mundo subatómico, ya que las computadoras convencionales no eran capaces.
Se iniciaron así décadas de investigación para crear ordenadores cuánticos, cuya manera de trabajar y su lógica de programación difiere enormemente del modelo convencional. A ello hay que sumar el elevado coste y los complejos requisitos que supone su construcción: su gran tamaño, su elevado consumo eléctrico, la necesidad de trabajar a temperaturas de cero absoluto…
Pese a ello, la tecnología permite simular el comportamiento de un ordenador cuántico empleando supercomputadoras binarias. Aunque estos simuladores cuánticos no son capaces de realizar simulaciones avanzadas, sí dan opción a los equipos de investigación para experimentar y lograr avances significativos.
El Centro Tecnológico CTIC está jugando en este campo un papel muy relevante. A finales del 2019 se convirtió en el centro tecnológico español con mayor capacidad de simulación en computación cuántica, a través de la adquisición de ISAAC, una potente supercomputadora capaz de lograr simulaciones cuánticas de hasta 38 gbits. Es, ahora mismo, el centro tecnológico español con mayor capacidad de simulación en este campo, y uno de los más avanzados a nivel europeo.
Sobre esta infraestructura singular, el equipo de CTIC ha desarrollado QUTE, una plataforma pionera en Europa que ya está siendo utilizada por investigadores de computación cuántica de todo el mundo. QUTE es empleado para crear algoritmos experimentales y para importar programas o algoritmos que han sido desarrollados con otras plataformas, de forma que pueden ser ejecutados en el simulador y que pueden ser aplicados a la solución de problemas del mundo real.
El reto a medio-largo plazo está en que la tecnología evolucione lo suficiente para poder hacer ordenadores cuánticos más pequeños y con tecnologías adaptadas a las empresas. En paralelo, los centros tecnológicos como CTIC trabajan en aplicaciones de la computación cuántica para la resolución de retos para la empresa. A través del proyecto Alcatraz, CTIC ha investigado la potencial resolución de problemas prácticos de alta complejidad a los que se enfrenta el tejido industrial asturiano, mediante técnicas de computación cuántica que pueden aplicarse, por ejemplo, a procesos logísticos, modelización molecular e incluso a la anticipación a ciberataques.
La Red de Excelencia Cervera ARQA, una alianza entre Centros tecnológicos para avanzar en la computación cuántica.
La trayectoria de CTIC en el ámbito de la computación cuántica le ha llevado a liderar la Red de Excelencia Cervera ARQA, una red de la que también forman parte EURECAT (Centro Tecnológico de Cataluña) e ITG (Instituto Técnico de Galicia), centros con los que CTIC ya colabora en otras redes de excelencia Cervera en el área de la Inteligencia Artificial. Estas tres entidades, fuertemente comprometidas con la transferencia efectiva de tecnología a las empresas, cuentan con líneas de I+D estructuradas y estables en este ámbito emergente y de gran potencial. El trabajo colaborativo les permitirá aunar esfuerzos e integrar capacidades, de forma que la calidad científico-técnica en esta tecnología se vea aumentada.
Pero, ¿qué supone participar en una red de excelencia Cervera? ¿Dónde radica el valor y la fortaleza de la Red ARQA?
Los Programa de Ayudas a Centros Tecnológicos de Excelencia “Cervera” financian programas estratégicos de investigación, desarrollo e innovación, desarrollados por Centros Tecnológicos de ámbito estatal en cooperación. Participar en ellos es una forma de reconocimiento de la capacitación que otorga el Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (CDTI), vinculado al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
CTIC ha sido el centro tecnológico que ha recibido mayor número de reconocimientos: seis a lo largo de las tres últimas convocatorias (dos en Inteligencia Artificial y uno en cada uno de los siguientes ámbitos: computación cuántica; energías renovables; salud digital y movilidad inteligente).
El liderazgo de la Red ARQA (Alianza de Centros Tecnológicos para la innovación en aplicaciones Quantum Computing para la empresa) refuerza su papel como referente en computación cuántica a nivel nacional, y contribuirá a reforzar sus capacidades y posicionamiento en este ámbito.
Esta Red se proyecta como el principal mecanismo en España de transferencia de la investigación aplicada al sector productivo en el ámbito de la computación cuántica. Plantea, para ello, la definición de una hoja de ruta destinada a resolver cuestiones prácticas de alta complejidad a los que se enfrenta el tejido industrial nacional e internacional. ¿Cómo? Mediante el análisis de la viabilidad y eficiencia de la aplicación de estas técnicas a problemas reales.
¿Cuáles son y cómo se abordarán estos aspectos complejos? En ARQA se plantea el abordaje de tres problemas de inteligencia artificial: la clasificación de imágenes, la optimización del reparto energético y la IA generativa en la detección de fraudes, cuya resolución se llevará a cabo mediante aproximaciones basadas en técnicas de cuántica pura y cuántica simulada, benchmarking o criptografía. Todas estas soluciones formarán parte de tres demostradores en tres ámbitos de referencia (Territorio, Energía y Seguridad) que permiten visualizar la aplicación directa de esta tecnología a través de casos prácticos que puedan ser fácilmente entendibles por las empresas.
En definitiva, unas actuaciones que facilitarán esta buscada y requerida transferencia de conocimiento a las empresas, con un enfoque muy diferente y rompedor respecto del actual.
