Son numerosas las tecnologías que se están empleando para mejorar la calidad de los ecosistemas, reducir la huella de carbono o impulsar la economía circular, entre otras muchas actuaciones. Inteligencia Artificial, analítica de datos o el IoT están contribuyendo a intentar mejorar la salud del planeta. Sin embargo, ninguna de ellas despierta tantas expectativas como la computación cuántica por su supuesto potencial para resolver ciertos problemas muy complejos a los que la computación tradicional no puede llegar.
Qué es la computación cuántica
Para ver qué puede conseguir la computación cuántica en torno a la sostenibilidad, es necesario explicar en qué consiste. La forma en la que actualmente operan ordenadores, servidores o teléfonos móviles se basa en la computación original. Todos estos dispositivos trabajan con bits cuyo valor es 0 o 1. Son las combinaciones de ceros y unos las que posibilita que estos equipos funcionen.
Los equipos que emplean la computación cuántica, sin embargo, trabajan con qubits. que pueden ser 0, 1 o ambos a la vez. Es decir, un qubit puede representar muchos valores simultáneamente, no solo uno. Este fenómeno es lo que se conoce como superposición. Pero es que los qubits también pueden estar entrelazados. Esto significa que lo que suceda con uno de ellos puede afectar directamente a otro, aunque estén separados. Esta característica es la que posibilita que la capacidad de cálculo se multiplique de forma exponencial.
Para entenderlo de forma más sencilla imaginemos un interruptor. El bit sería ese interruptor en computación tradicional de tal forma que sólo puede estar en dos posiciones encendido (que sería el cero) o apagado (que se correspondería con el uno). En la computación cuántica el interruptor serían los qubits sólo que en este caso, el qubit puede ser el cero, el uno o las dos posiciones a la vez.
Esta facultad es la que permite que la computación cuántica pueda resolver problemas en los que el volumen y la complejidad de datos es de tal magnitud que los ordenadores y servidores tradicionales no están capacitados.
¿Significa esto que la computación cuántica acabará con la informática tradicional? No. Simplemente una complementará a la otra. Para escribir este artículo, no es necesario contar con un ordenador cuántico.
Impacto de la computación en la mejora de la sostenibilidad
Si lo enfocamos a la sostenibilidad la computación cuántica promete abordar problemas muy complejos que con la tecnología actual no se pueden resolver. Muchos de los retos están intrínsecamente ligados a la interacción de innumerables variables a nivel molecular o atómico lo que los hace extremadamente difíciles de modelar y optimizar. Por ejemplo, cuando se trata de desarrollar nuevos materiales que sean biodegradables o para desarrollar modelos climáticos que predigan la aparición de eventos climáticos extraordinarios.
¿Dónde se cree que la computación cuántica va a aportar un mayor valor? Uno de los campos más prometedores es el que se refiere a la creación y desarrollo de nuevos materiales que tengan propiedades específicas, como catalizadores más eficientes para procesos industriales, baterías con mayor densidad energética y menor impacto ambiental, o materiales para la captura de carbono, es un proceso increíblemente complejo.
La clave es que todas las interacciones que se producen a nivel molecular o atómico son de naturaleza cuántica. Simularlas con precisión es prácticamente imposible utilizando equipos tradicionales, mientras que un ordenador cuántico, al operar bajo los mismos principios que la materia a ese nivel (recordad los qubits), podría simular estas interacciones con una gran fidelidad acelerando de forma brutal el descubrimiento y el desarrollo de materiales claves para la transición energética, la reducción de emisiones y la creación de una economía circular.
Otro de los escenarios es el que se refiere al impacto que puede tener en la biología y en la agricultura. Gracias a la computación cuántica se pueden simular procesos biológicos, como la fijación de nitrógeno en las plantas o la fotosíntesis que permitirían desarrollar nuevas variedades de cultivos más resistentes a las plagas y al cambio climático, o que requieran menos fertilizantes y agua.
La mejora de la eficiencia energética es otro de los apartados en los que la computación cuántica tiene mucho que ofrecer. Con el auge de la Inteligencia Artificial y el uso del cloud computing están proliferando los centros de datos que permiten que todas estas tecnologías funcionen. Asimismo, para resolver problemas de mayor complejidad, se están empleando supercomputadores que consumen grandes cantidades de energía. La computación cuántica, al resolver rápidamente cálculos complejos, permitiría alcanzar resultados usando menos tiempo y, por tanto, mucha menos energía.
Además, la computación cuántica permitirá mejorar los modelos climáticos y la predicción de desastres naturales y hacer más eficiente y sostenible la gestión de redes eléctricas, la logística de cadenas de suministro y los planteamientos de desarrollo urbano.
¿Existen casos de uso de computación cuántica?
Aunque nos encontramos muy al inicio del desarrollo de la computación cuántica, lo cierto es que ya existen proyectos para su utilización en la mejora de la sostenibilidad. Se trata, de hecho, de uno de los campos en los que startups, empresas y administraciones públicas más están invirtiendo.
Uno de los proyectos más importantes es el HPCQS (High Performance Computer and Quantum Simulator). Se trata de una iniciativa europea cuyo objetivo es integrar dos simuladores cuánticos de más de 100 qubits cada uno con supercomputadoras de alto rendimiento ya existentes en el continente. La idea es crear una infraestructura híbrida y abierta que permita a investigadores, empresas y la sociedad acceder y experimentar con recursos combinados de computación clásica y cuántica. Entre las prioridades del proyecto se encuentra la de reducir el consumo energético de los grandes centros de datos y aplicar el poder cuántico a problemas relacionados con ciudades inteligentes, redes eléctricas inteligentes y movilidad sostenible.
Las denominadas Smart Grids o redes eléctricas inteligentes son otro de los puntos en los que actualmente se están desarrollado proyectos en los que la computación cuántica beneficia a la sostenibilidad. Como hemos comprobado recientemente en España, uno de los problemas de las redes eléctricas es que se nutren de distintas fuentes de energía. Su mala gestión puede producir apagones como el que experimentamos el pasado mes de abril. La computación cuántica podría resolver problemas de optimización a gran escala para equilibrar la oferta y la demanda de energía en tiempo real y gestionando de manera eficiente el almacenamiento de energía. Diferentes empresas, tanto energéticas como tecnológicas, están explorando cómo los algoritmos cuánticos pueden mejorar la resiliencia y la eficiencia de las redes eléctricas, permitiendo una mayor penetración de las energías limpias y reduciendo la dependencia de los combustibles fósiles.
Lo cierto es que la capacidad de la computación cuántica para procesar cantidades masivas de datos y simular sistemas complejos promete abrir nuevas posibilidades en la lucha contra el cambio climático y la mejora de la sostenibilidad.
