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20/08/2019
Se acerca la Época Cuántica con promesas para una Nueva Era Tecnológica
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Entrevistas y Noticias 
El salto cuántico
Conversando sobre el estado del arte hacia la computación cuántica
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El surgimiento de tecnologías cuánticas con aplicaciones en distintas industrias e impactos en la vida cotidiana está dando inicio a una nueva era. ¿Cómo se cruzan con otras tecnologías digitales y cómo impactan a diferentes sectores productivos? ¿Estamos a tiempo en la región para aprovechar las oportunidades de innovación que traen consigo?


En los años 40 y 50 del siglo XX, comenzaron a construirse las primeras computadoras de propósito general y los primeros circuitos integrados. Dos décadas más tarde, en los 70, surge Internet, nacen Microsoft y Apple, y comienza una carrera hacia la digitalización, la interconexión de dispositivos y personas, y la globalización a gran escala. Hoy en día, casi medio siglo después del inicio de la era digital, estamos quizás ante el comienzo de una nueva era, la era cuántica, que promete una nueva disrupción tecnológica a todos los niveles.

Tras décadas de investigaciones en el campo de lo "cuántico", esta nueva era se caracteriza por el surgimiento de tecnologías cuánticas con aplicaciones en distintas industrias e impactos en la vida cotidiana.

Antes de ahondar en el mundo de tecnologías cuánticas, repasemos su fundamento científico. Estas tecnologías se caracterizan por "aprovecharse" de fenómenos o propiedades del mundo microscópico que entendemos y somos capaces de reproducir gracias a la teoría física conocida como Mecánica Cuántica. Esta teoría, nacida entre 1900 y 1930, nos ha mostrado que, en el mundo subatómico, allí donde encontramos partículas como electrones o fotones, ocurren cosas anti-intuitivas, casi mágicas. Por ejemplo, una partícula puede estar en varias posiciones al mismo tiempo –superposición cuántica– o dos partículas tan separadas como se desee pueden estar correlacionadas de manera que, si interaccionamos con una, la otra también cambia instantáneamente –entrelazamiento cuántico-.

Todos estos fenómenos subatómicos pueden ser utilizados para construir tecnología altamente disruptiva, y es posible identificar al menos siete tecnologías cuánticas emergentes que prometen un gran impacto en la sociedad: la computación cuántica, la simulación cuántica, la criptografía cuántica, la óptica cuántica, la metrología cuántica, los relojes atómicos y los sensores cuánticos. Una nueva publicación del BID destaca la oportunidad transversal e interdisciplinar para la transformación digital y el impacto social que se presenta con estas tecnologías.

El impacto de las tecnologías cuánticas

En un artículo reciente, dábamos una idea general del funcionamiento de la computación cuántica. En este blog vamos un paso más allá y exploramos cómo se cruzan con otras tecnologías emergentes y cuál puede ser su impacto en diferentes sectores e industrias productivas.

Quizás debido a que el concepto de "tecnología cuántica" es reciente, tecnologías como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM), que explotan fenómenos cuánticos y llevan décadas siendo de gran importancia en la medicina, no habían sido bautizadas como cuánticas hasta ahora. Si bien no estamos, por tanto, ante la llegada de las primeras "tecnologías cuánticas", las tecnologías cuánticas emergentes, que utilizan de manera mucho más directa el potencial del mundo subatómico, están llamadas a tener un impacto mucho mayor.



El interior de una computadora cuántica. IBM Q es la iniciativa de IBM para producir computadores cuánticos comerciales y científcos. Foto: IBM Research

 

Por un lado, la computación cuántica se presenta como una gran amenaza para la ciberseguridad actual, pues los computadores cuánticos serán capaces de romper toda la criptografía que protege las comunicaciones en Internet o en telefonía, afectando también a tecnologías como blockchain, internet de las cosas y las redes 5G. Expertos estiman que tomará unos 10 años desarrollar computadores cuánticos con ese nivel de robustez pero, una vez se consiga, ninguna comunicación estará a salvo de ser espiada. Agencias de estándares y seguridad estadounidenses como NIST y NSA desaconsejan desde hace más de tres años el uso de los algoritmos y protocolos de criptografía actuales y señalan a la criptografía cuántica como una opción alternativa totalmente segura, aunque requerirá de cambios importantes en hardware e infraestructura para poder ser implementada a gran escala.

Por otro lado, la computación y la simulación cuántica tienen potencial para acelerar el desarrollo de la inteligencia artificial o la robótica, mediante la introducción de algoritmos cuánticos para la resolución de problemas que son muy difíciles de tratar con los algoritmos clásicos y las técnicas actuales. Algunas aplicaciones consisten en alcanzar estadios más avanzados en cuanto a mapeo de expresiones del lenguaje, teoría de juegos, clasificación de imágenes o procesamiento de lenguajes naturales, entre otros.



Procesador cuántico de IBM. La empresa puso a disposición de programadores, investigadores y entusiastas para explorar la computación cuántica usando un procesador cuántico real a través de la nube de IBM. Foto: IBM Research

 

En cuanto al impacto en diferentes industrias y sectores, ya se están explorando y desarrollando aplicaciones en medicina, genética, energía, finanzas, transporte, meteorología y cambio climático. En medicina, por ejemplo, avances en óptica cuántica ya permiten a un instituto japonés detectar tumores en menos de media hora con técnicas que no son perjudiciales para el cuerpo, mediante el análisis de la emisión y recepción de ondas electromagnéticas.

En farmacología y genética, hoy en día se necesitan años de experimentación y pruebas en laboratorios para poder encontrar medicinas útiles. Con la computación y la simulación cuántica, se espera poder fabricar medicamentos a medida gracias a la capacidad que estos ofrecerán para poder simular la interacción entre sustancias químicas y órganos u organismos a nivel molecular, tarea imposible de abordar con las computadoras actuales. El sector privado ya está realizando movimientos en este campo, y un ejemplo de ello es la alianza formada por 1Qbit (empresa pionera en computación cuántica), Accenture y Biogen para diseñar una aplicación cuántica de comparación molecular con el objetivo de acelerar el desarrollo de medicinas para problemas neurológicos complejos como esclerosis múltiple, Alzheimer, Parkinson o la enfermedad de Lou Gehrig.

En energía y agricultura sostenible encontramos también una aplicación muy prometedora. Actualmente, se emplea entre 1% y 2% de la energía mundial en la fabricación de amoníaco, utilizado ampliamente para el desarrollo de fertilizantes. Esto se debe a que en el proceso es necesario disociar moléculas de nitrógeno, lo que hoy en día solo se puede hacer a altas presiones y temperaturas. Ya se conoce, sin embargo, una enzima derivada del nitrógeno que permitiría fabricar amoníaco con un costo energético residual, reduciendo enormemente el costo energético y por consiguiente el precio de los alimentos. Para poder ser utilizada, es necesario conocer ciertos procesos químicos con más precisión, y computadores cuánticos robustos serían ideales para ello.

La posibilidad de simular crisis financieras, mejorar las predicciones meteorológicas o llegar a poder predecir catástrofes naturales son otras de las muchas aplicaciones que esta nueva era tecnológica promete traer.

Perspectivas en la región

Muchos de los gobiernos de los países más desarrollados están invirtiendo en la investigación y el desarrollo de tecnologías cuánticas. En la cabeza se encuentran China, con un programa nacional de más de 10.000 millones de dólares, que ya ha lanzado un satélite para habilitar telecomunicaciones intercontinentales cuánticamente encriptadas; la Unión Europea, con una inversión de 1200 millones de dólares y Estados Unidos con una inversión de 1300 millones de dólares.

En América Latina y el Caribe no existen países que cuenten con alguna estrategia nacional con fondos específicamente dedicados a programas de investigación y desarrollo de estas tecnologías. En algunos países ni siquiera se cuenta con investigadores de primera línea en estos temas. En otros, como Brasil o Argentina, donde se cuenta con laboratorios capaces de fabricar tecnología cuántica, todavía hace falta un sector privado con conocimiento y capacidad para crear un mercado tecnológico.

Luiz Davilovich, presidente de la Academia Brasileña de Ciencias, y uno de los científicos más reconocidos en la región en el campo de la física cuántica, en una entrevista que nos concedió días atrás, enfatizaba la importancia de crear un ecosistema de startups que empezasen a impulsar el desarrollo de estas tecnologías en Brasil en particular y en la región en general.

En vista de las aplicaciones que ya están en desarrollo y de las que están por venir, muchos expertos consideran que estamos al comienzo de una nueva etapa en la carrera de la evolución y el progreso. Esto significa que existe una oportunidad para colocarse a la cabeza del desarrollo de la tecnología que se viene y que cambiará nuestras vidas. América Latina y el Caribe se quedaron atrás con respecto a otras regiones en la adopción de Internet, y aun hoy la penetración no llega a 70%, lo que supone 20 puntos por debajo de Estados Unidos y Europa. Aún no es tarde para evitar que ocurra lo mismo con las tecnologías cuánticas.

Foto de cabecera: Vista aumentada de una oblea perteneciente a un computador cuántico de la empresa D-Wave. Crédito: Steve Jurvetson, Menio Park, USA. Febrero 2018.

Descarga la publicación del BID "Tecnologías Cuánticas".
Si quieres leer más sobre estas tecnologías y sus aplicaciones, puedes descargar gratuitamente el libro Tecnologías cuánticas: Una oportunidad transversal e interdisciplinar para la transformación digital y el impacto social. El documento se estructura en cuatro secciones independientes que explican en tono divulgativo en qué consisten estas tecnologías, cómo funcionan, de qué manera van a causar ese impacto tanto en el aspecto tecnológico como en lo referente a lo sectorial y qué están haciendo gobiernos y empresas tecnológicas al respecto.

Sobre el autor:
Marcos Allende López trabaja como consultor en el IT Tech Lab del Departamento de Tecnologías de la Información del BID liderando la investigación en tecnologías emergentes. Su trabajo se centra principalmente en blockchain y las tecnologías cuánticas, apoyando diferentes iniciativas del Banco y coordinando el equipo tecnológico del programa regional del BID Lab para el desarrollo del ecosistema blockchain en América Latina y el Caribe denominado LACChain. Marcos se graduó en Física en la Universidad de Oviedo, Asturias y cursó estudios superiores de Física Teórica el Instituto de Física Teórica de Utrecht, Holanda y en la Universidad Complutense de Madrid, donde obtuvo su Máster en Física Teórica. Antes de venir al BID, trabajó como fellowship en el CIEMAT en un proyecto de neutrinos llevado a cabo en el CERN.

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- Relatividad y 'prevalecencia' cuántica.
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- Característica ineludible de la realidad: el entrelazamiento cuántico.
- El salto cuántico (audio)

Escuche una muy ligera, corta (00:04:57) y hasta inconclusiva, pero entretenida, disertación con Jesús Pineda, Sami Rozenbaum y Peter T. sobre la situación de la 'computación cuántica', las dificultades que enfrentan los desarrolladores de máquinas cuánticas y las reales posibilidades de la computación en el futuro; directamente en http://j.mp/THPcuanticoWhooshka o visitando su plataforma de podcast preferida
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FUENTE

Marcos Allende López - blogs.iadb.org
BID (IADB)



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