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Innovación 25 ene 2021

¿Cómo puede contribuir la computación cuántica a la sostenibilidad en el planeta?

La computación cuántica será clave para reducir los tiempos necesarios en la investigación. El desarrollo de soluciones para ser más eficientes energéticamente y luchar contra el calentamiento global. Descubrimos qué puede aportar esta tecnología.

Los peores augurios climáticos están a punto de rebasarse. Un ejemplo de ello es la subida de la temperatura en la Tierra (fijada en una diferencia de 1,5 y 2 º C entre la era preindustrial y la actualidad). Se necesitan respuestas inmediatas y, en este sentido, algunas de las tecnologías más novedosas —desde la inteligencia artificial al internet de las cosas— tienen mucho que aportar. La computación cuántica es resultará clave en este aspecto.

El funcionamiento de la tecnología cuántica en la lucha contra el cambio climático abre un abanico de posibilidades que están aún por desarrollar. Este nuevo paradigma permite operar con principios como el entrelazamiento y la superposición de valores que no están al alcance de la computación tradicional. Y es que existen cálculos y simulaciones de modelos químicos que son inabordables en la actualidad, ni siquiera con superordenadores.

La creación de catalizadores y enzimas que aceleren los procesos químicos es una de las aplicaciones de la computación cuántica que puede resultar clave para reducir su coste energético. Así lo señala Marcos Allende, consultor IT en el Departamento de Tecnologías de la Información del Tech Lab del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), que explica que "actualmente, cada año se gasta entre un 1% y un 2% de la energía mundial en la producción de amoniaco, producto esencial para la generación de fertilizantes.

Sin embargo, una enzima denominada nitrogenasa permitiría producir amoniaco con un costo energético despreciable, reduciendo por tanto todo este gasto. Para ello, es necesario poder entender bien estos procesos a nivel molecular y este es un ejemplo de un problema para el que la computación cuántica puede ser de gran ayuda, pues permitirá realizar las simulaciones computacionales pertinentes para alcanzar ese nivel de conocimiento”.

Computación cuántica: ordenadores que solucionan problemas imposibles

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Investigaciones más rápidas en solo 3 años

Escolástico Sánchez, líder de la disciplina de Investigación y Patentes en BBVA, también coincide en la importancia de la nueva tecnología para la industria química: “El tipo de ordenadores cuánticos de los que vamos a disponer de aquí a 2-3 años nos va a permitir investigar más rápidamente compuestos químicos de entre 50 y 150 átomos que sería muy difícil explorar de otro modo. Esto nos invita a especular sobre la posibilidad de encontrar nuevos compuestos con propiedades superiores a los que usamos actualmente”.

Los catalizadores también pueden ayudar a la sostenibilidad mediante la captura y reconversión de los excesos de dióxido de carbono. Estos se expulsan a la atmósfera y no pueden ser absorbidos de forma natural. Investigadores de la Universidad de Cantabria ya trabajan en catalizadores basados en nanopartículas para transformar el CO2 en otros productos químicos que puedan ser reutilizados por la propia industria. Como señalan desde el Fondo Económico Mundial (WEF por sus siglas en inglés), se espera que la computación cuántica ayude en los próximos años a simular las propiedades de las moléculas candidatas, para encontrar los catalizadores que disminuyan las emisiones de CO2.

La búsqueda de mejoras sostenibles es tan importante, que la compañía energética francesa Total se ha aliado recientemente con la tecnológica Atos para probar y acelerar algoritmos cuánticos, así como para estudiar nuevos materiales que ayuden en el camino hacia la descarbonización.

La computación cuántica y su uso energético

La mejora de los ordenadores cuánticos y de los algoritmos tiene la capacidad de afrontar otras problemáticas en campos como los residuos, el transporte o la logística. Aunque el uso de la computación cuántica para estos fines incurre en una paradoja energética: necesita temperaturas muy bajas para su funcionamiento. Por lo tanto, requiere de un gran despliegue energético. "Los computadores cuánticos utilizan ‘qubits’ como unidades fundamentales de memoria y estos ‘qubits’ son estados cuánticos que hoy en día se construyen de formas que necesitan de temperaturas muy bajas para poder evitar cualquier tipo de perturbación", señala Allende.

Por su parte, Sánchez enseña la otra cara de la moneda: “No todos los ordenadores cuánticos funcionan a temperaturas bajas, como es el caso de los procesadores fotónicos. Por otra parte, la tecnología de superconductores ciertamente necesita de temperaturas ultrabajas para funcionar, pero se está trabajando mucho para elevar la temperatura de funcionamiento y así reducir costes”. También añade que, incluso teniendo en cuenta el coste energético de la refrigeración, “el consumo energético global de esta tecnología debería ser menor que el empleo de supercomputadores clásicos”.

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La mejora de los ordenadores cuánticos y de los algoritmos tiene la capacidad de afrontar otras problemáticas en campos como los residuos, el transporte o la logística.

Aunque para que esto ocurra, se necesita un caldo de cultivo adecuado. “En España tenemos una asignatura pendiente con respecto a la creación de un programa nacional sobre tecnologías cuánticas, como ya tienen otros países como Reino Unido; no nos deberíamos permitir el lujo de dejar pasar este tren. De hecho ya hemos empezado a escuchar propuestas económicas que incluyen a las tecnologías cuánticas como parte del plan de recuperación post-covid”, puntualiza el líder de la disciplina de Investigación y Patentes en BBVA.

Allende comparte la misma opinión y considera que la pandemia ha aumentado la investigación en computación cuántica. "Al margen de las restricciones puntuales para acceder a los laboratorios, la computación cuántica es una carrera en la que cada vez corre más gente y lo hacen a mayor velocidad", matiza el técnico del BID.

El viaje cuántico de BBVA

BBVA apuesta desde hace unos años por las posibilidades de la computación cuántica en el mundo de la banca y las finanzas. En 2018 firmó acuerdos de colaboración que giran alrededor de la computación cuántica con empresas como Fujitsu, la consultora Accenture, la ‘startup’ estadounidense Zapata y el Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Más recientemente, gracias a su colaboración con la startup española Multiverse, ha abordado la resolución de un problema clásico de las finanzas: la optimización con datos reales de mercado de carteras de inversión. Los frutos de esta última colaboración han permitido hallar nuevas fórmulas que podrían acelerar este tipo de cálculos maximizando la rentabilidad y minimizando el riesgo. En este sentido, Sánchez afirma que “si tomamos como métrica de riesgo algún indicador del grado de sostenibilidad de las inversiones, esas mismas fórmulas de optimización se pueden adaptar para construir carteras óptimas en cuanto a sostenibilidad, maximizando la rentabilidad a la vez que se minimiza el impacto perjudicial para el planeta”.

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