China, la UE y EE UU conforman los tres grandes polos donde se juega la hegemonía cuántica en los próximos años.
El físico Erwin Schrödinger propuso en 1935 un experimento mental para explicar la computación cuántica. En una caja cerrada se encuentra un gato, junto con un dispositivo con una partícula radioactiva y un frasco de veneno que se rompe cuando la partícula se descompone. Consideraciones éticas aparte, Schrödinger propuso este experimento para explicar una característica esencial de la teoría cuántica: la superposición. Hasta que no abrimos la caja, no sabemos si el animal está vivo o muerto. Esta incertidumbre se describe como superposición, estado en el que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo. Esto es difícil de comprender porque pensamos de forma binaria: está vivo o muerto. Desde un punto de vista práctico, no puede ser las dos cosas a la vez. Sin embargo, para los teóricos de la teoría cuántica sí es posible, porque consideran la incertidumbre como un estado más.
La computación cuántica trabaja con este potencial de la superposición, lo que da lugar a una unidad –el cúbit– con un mayor potencial de cálculo, contrario a los bits de la computación clásica que cuenta solamente con los estados 0 y 1.
Dada la gran capacidad de cálculo en computación cuántica, muchos países se han lanzado a la carrera para obtener una ventaja. El Foro Mundial Económico afirma que el gasto público invertido en esta tecnología en 2022 fue de más de 30.000 millones de dólares y 17 Estados han creado estrategias nacionales para su desarrollo. Pero este escenario no está exento de dificultades.
El problema del ‘hardware’
El software para la computación cuántica no funciona en los ordenadores clásicos, por lo que los países más tecnológicamente avanzados están trabajando en desarrollar ordenadores cuánticos. Este tipo de hardware ofrece de momento muchos problemas técnicos. Necesitan un sistema de refrigeración muy potente que alcance 273 grados bajo cero. Además, requiere un entorno hermético, en el que partículas atómicas desde el exterior no puedan interferir. Como puede imaginarse, son condiciones muy complejas de crear y, además, muy costosas. De momento, tampoco son sistemas estables. Al contrario, tienden a producir resultados con un alto grado de errores, conocido como decoherencia cuántica.
La solución para este problema es el empleo de simuladores cuánticos. Se trata de potentes ordenadores clásicos, basados en la computación binaria, que emulan un entorno donde puedan ejecutarse programas cuánticos sin requerimientos tan costosos. Es una solución provisional, hasta que la tecnología de los ordenadores cuánticos haya alcanzado un grado de fiabilidad manejable y sus altos costes hayan bajado a un nivel razonable. Los simuladores no alcanzan el potencial tecnológico que se espera de las auténticas máquinas cuánticas una vez que sean operativas, pero sirven para el desarrollo de programas que requieren mucha capacidad de cálculo. En la actualidad, casi todas las grandes compañías de tecnología informática ofrecen espacio para ejecutar programas cuánticos que pueden servir, entre otros, para el desarrollo de fármacos o nuevos materiales y en servicios financieros para, por ejemplo, el análisis de riesgos y la optimización de carteras financieras. En general, se trata de emular entornos físicos que requieren mucha capacidad calculatoria.
La competición en la computación cuántica
El potencial económico de esta área es considerable. International Data Corporation, empresa dedicada al análisis de mercados, pronostica un crecimiento anual medio de 50,9 % en la computación cuántica hasta 2027, lo que supondría una inversión total de 14.760 millones de dólares a escala global. Teniendo en cuenta el año de referencia, 2020, esto significa que el mercado de la computación cuántica se multiplicará por 20, crecimiento que podría definirse como una burbuja, si las inversiones al final no dan los resultados esperados.
Este crecimiento no se reparte de forma igualitaria. Al contrario, la competición tecnológica entre las dos potencias Estados Unidos y China se manifiesta también en esta área. El gigante asiático muestra especial actividad en el desarrollo de los superordenadores cuánticos. En julio de 2021, presentó el ordenador Zuchongzhi 2 en la revista Physical Review Letters, donde lo compara directamente con Sycamore, el buque insignia de Google. El meollo es la capacidad de procesamiento, 66 cúbits en el caso del Zuchongzhi 2 frente al Sycamore que había alcanzado 54 cúbits. El hecho que los autores comparan su ordenador directamente con el de Google, muestra el espíritu competitivo que ha impregnado la investigación en este terreno.
Otro ejemplo es el Jiuzhang 2, basado en la tecnología de fotones, con la que se pretende evitar el obstáculo de la extrema refrigeración que los primeros ordenadores cuánticos necesitan para proporcionar mayor estabilidad. Su rapidez es impresionante: es capaz de realizar una operación 1024 de veces más rápido que un ordenador clásico.
¿Qué aplicaciones podría tener la computación cuántica? En la medicina, se espera diagnósticos más precisos y rápidos en el análisis, especialmente el que está basado en la secuenciación del DNA. Pequeñas mutaciones en el DNA humano que son responsables de múltiples enfermedades podrían detectarse con mayor precisión y rapidez, con lo que también se podría excluir los falsos positivos.
Los procesos de desarrollo y la aprobación de nuevos fármacos suelen durar varios años, y no siempre alcanzan la precisión necesaria. La computación cuántica ayudaría a diseñar fármacos que actuarían directamente sobre células cancerígenas, proteínas y otras estructuras moleculares, sin provocar los efectos secundarios que acompañan normalmente tratamientos más agresivos como la quimioterapia.
La misma técnica de trabajar en modelos moleculares facilitaría también el desarrollo de nuevos materiales como, por ejemplo, la tela de araña sintética, que combina una enorme flexibilidad con una resistencia mucho mayor que la del acero.
Aparte de los beneficios en la medicina, se espera también mejoras en otros escenarios muy complejos como la logística y las cadenas de suministro, tan expuestas a factores climáticos o vaivenes políticos. La computación cuántica ofrecería en esta área obtener una imagen más instantánea y precisa con la posibilidad de redirigir las mercancías en menor tiempo.
La computación cuántica tendrá también repercusiones en la seguridad, porque frente la alta velocidad de los nuevos sistemas cuánticos no se resistiría ningún método de cifrado de los actuales. Los datos y las vías de comunicación más sensibles quedarían descubiertos, con repercusiones graves para la seguridad internacional. Por este motivo se ha convertido la criptografía en una de las áreas por las que se está apostando. Tanto es así que podría hablarse de una nueva carrera entre los Estados, porque el primero que consiga descifrar las comunicaciones y las bases de datos de otro país obtendría una ventaja estratégica inimaginable sobre todos sus sistemas de seguridad. De esta manera, la computación cuántica aporta las herramientas tanto para desencriptar los clásicos métodos de cifrado como para desarrollar nuevas formas de encriptación más robustas.
Otro ámbito en la que se esperan grandes ventajas es el análisis de imágenes obtenidas en misiones de Inteligencia, Vigilancia y Reconocimiento (ISR, en sus siglas en inglés). Los drones de reconocimiento en zonas de operaciones militares producen tantos vídeos que para analistas humanos es materialmente imposible visualizar todo. La computación cuántica aportaría la capacidad tecnológica, junto con la inteligencia artificial, para analizar estos vídeos y realizar una preselección que los expertos podrían visualizar luego.
¿Qué países se han sumado a la carrera tecnológica?
Un informe del Center for New American Security advirtió ya en 2018 del avance chino en la ciencia cuántica y su impacto sobre lo que este think tank concibe como el equilibrio militar y estratégico futuro. Aunque China sea un recién llegado a esta carrera, los investigadores de este país afirman haber logrado avances notables en el radar cuántico, la detección con sensores cuánticos, la imagenología en la medicina, la metrología y la navegación, lo que permite mayor precisión y sensibilidad en áreas civiles, pero también militares. El gigante asiático está posicionándose como una potencia en este terreno y está invirtiendo extensamente mientras cultiva de manera activa el talento.
La inversión pública representa el interés estratégico de los países en la computación cuántica. El gráfico muestra el enorme potencial e interés que tiene Pekín en lograr el liderazgo en este ámbito. Con una inversión de 15.300 millones de dólares prevista en 2022, duplicaba la inversión pública del segundo actor, la Unión Europea, que, en su conjunto, destina 7.200 millones. Casi un 70% de ella corresponden a Alemania (41,9 %) y Francia (28 %).
Estados Unidos ocupa en este ránking solamente el tercer puesto, lo que podría confirmar la preocupación de los autores del informe del Center for New American Security. Con 2.000 millones de inversión pública, EE UU se sitúa solamente un poco por encima de Japón, país que es considerablemente más pequeño. Naturalmente, la gran diferencia entre China y Estados Unidos radica en el papel que tiene la inversión pública por motivos ideológicos, considerablemente más baja en el caso estadounidense por la hegemonía del sector privado. Aquí, las protagonistas son las grandes empresas tecnológicas Apple, Amazon Web Services, Google, Honeywell, IBM, Intel, y Microsoft. La sorpresa es indudablemente la UE, que por su estructura heterogénea y sus procesos regulatorios tiende a ser más reactiva cuando se trata de nuevas tecnologías, pero en el caso de la computación cuántica sí ha reconocido la importancia estratégica.
Computación cuántica en Europa
En Europa son varios los países que están invirtiendo en tecnologías cuánticas. Alemania y Francia lideran los esfuerzos nacionales de inversión pública con 2.600 millones y 1.800 millones de euros, respectivamente. Les siguen Países Bajos, con una inversión pública de 765 millones de euros, Suecia y Finlandia, destinando 160.000 y 24.000 millones de euros cada uno. Por último, España que dedica 60 millones de euros.
Excepto en el caso del Reino Unido, que tras el Brexit actúa en solitario invirtiendo 1.000 millones de libras (unas 1.150 millones de euros), los países europeos cuentan con la ventaja estratégica de formar parte del segundo actor más importante en la computación cuántica, la Unión Europea.
La iniciativa Quantum Technologies Flagship de la UE es la tercera fuerza en el continente, con un presupuesto de 1.000 millones de euros destinados a un proyecto de investigación y desarrollo de 10 años en las áreas de criptografía y simulación cuánticas.
También está el EuroQCI, vinculado al proyecto Horizonte 2020 OPENQKD, que es una iniciativa para el desarrollo de una infraestructura de comunicaciones cuánticas, cuyo fin es compartir información sensible de forma segura para todo el territorio de la UE, incluidos los de ultramar. Se trata de un conjunto de proyectos industriales con el objetivo de desarrollar el ecosistema y la industria de la comunicación cuántica europea. Todos los Estados de la Unión participan, tras la adhesión de Irlanda en julio de 2021 como último país.
Otro proyecto es Qu-Pilot, destinado a los startups en la computación cuántica. Esta iniciativa, que cuenta con 19 millones de euros, intenta apoyar a estas empresas durante la fase inicial hasta que se encuentren con la capacidad de producir y entrar en el mercado. A este proyecto se han adherido 21 socios de nueve países diferentes para facilitar esta transición de producción.
La tercera iniciativa se dedica a la construcción de nuevos computadoras cuánticas en Europa. EuroHPC JU(European High Performance Computing Joint Undertaking) fue creada en 2018 y se ubica en Luxemburgo. Permite a la UE y los países participantes coordinar sus esfuerzos y compartir sus recursos, buscando nada menos que el liderazgo mundial en supercomputación. EuroHPC JU financia proyectos de supercomputación en áreas como la medicina, la energía y el medio ambiente.
España también es parte del cambio
Quantum Spain es una apuesta española para participar en la transformación que supone la computación cuántica. El proyecto es parte de la agenda España Digital 2025 y la Estrategia Nacional de Inteligencia Artificial (ENIA) y consiste en desarrollar un ordenador y tres simuladores cuánticos. La iniciativa arrancó en 2021 con una inversión inicial de 22 millones de euros en tres centros de investigación en Barcelona, Valencia y Zaragoza. En el futuro participarán 25 centros de investigación en 14 Comunidades Autónomas, conectadas a través de la Red Española de Supercomputación, para los que se proyecta una inversión de 60 millones de euros de fuentes europeas.
Aunque la inversión pública en Quantum Spain no alcance el nivel de los grandes, China y Estados Unidos, esta apuesta sitúa a España en una posición ventajosa, porque más allá del esfuerzo nacional, cuenta con el respaldo europeo para el desarrollo, no solamente por la inyección europea, sino también porque forma parte del segundo actor económico global.
Además, supone no solo una gran oportunidad para desarrollar las infraestructuras, sino también el potencial humano en las STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería, Matemáticas). España podría dar así un paso más hacia una economía tecnológica, dentro de un escenario donde los sectores de producción y servicios están perdiendo peso.
La ‘brecha’ cuántica
Como hemos visto, son varios países los que se han volcado en el desarrollo de la computación cuántica, tanto del hardware, que es en la actualidad el reto más grande, como las aplicaciones del nuevo software, porque el de la computación clásica no sirve. China, la Unión Europea y Estados Unidos conforman los tres grandes polos donde se juega la hegemonía cuántica en los próximos años. El aspecto de seguridad nacional es uno de los factores clave, ya que puede hablarse de una carrera cuántica entre estas tres grandes potencias. De momento, parece que Pekín tiene una ventaja clara porque el gobierno dirige más el proceso.
La Unión Europea, el segundo actor, tiene el potencial tecnológico, humano y económico para no perder el tren. También tiene la ventaja de que los avances se producen en un entorno democrático y más flexible. Puede ofrecer una vía alternativa basada en un mayor respeto de los derechos humanos y los valores democrático. ¿Pero qué ocurre con los otros países que no tienen el potencial económico ni tecnológico?
El Foro Económico Mundial recuerda que casi 3.000 millones de personas carecen de acceso a Internet, un dato que cobró visibilidad durante la pandemia de la Covid-19. Una parte de la economía y de la población global lograron adaptarse, pero no hay que olvidar que más del 35% del mundo no tienen acceso a servicios tan esenciales como mensajería instantánea o correos electrónicos. A la luz de la evolución actual, es muy probable que muchos países que no poseen poder económico se queden atrás en un sector más. Si quieren participar en los beneficios de la computación cuántica, tendrán que comprar los productos desarrollados por otros Estados, lo que a su vez incrementa las dependencias.
