Basada en els qubits, la computació quàntica dóna lloc a noves lògiques a l'hora de resoldre problemes. (PierNext/GettyImages)
Computació quàntica: la primera aplicació portuària del pròxim gran disruptor tecnològic
Els ordinadors quàntics són milions de vegades més ràpids que les supercomputadoras. Despleguen una potència de càlcul capaç de processar algorismes altament complexos en temps real, simulant i iterant amb rapidesa problemes que fins ara no podien resoldre's. Després d'anys limitada als cercles acadèmics i científics, està començant a emergir en l'espai comercial. En l'àmbit portuari, el Port d'Hamburg és el primer a emprar la tecnologia quàntica per a optimitzar el trànsit rodat en les seves instal.lacions.
Publicat el
13.05.2021
Basada en els qubits, la computació quàntica dóna lloc a noves lògiques a l'hora de resoldre problemes. (PierNext/GettyImages)
Què és la computació quàntica?
La computació clàssica es fonamenta en els bits, basats en la lògica binària en la qual només existeixen dos resultats possibles representats per l'1 (veritable) o el 0 (fals), ja que tots dos són excloents entre si.
La computació quàntica, en canvi, es basa en els qubits, que agreguen un tercer element al 0 i 1, que és la combinació de tots dos valors, coneguda com a superposició quàntica. Aquest tercer estat dóna lloc a noves lògiques a l'hora de resoldre problemes i un poder de càlcul que possibilita la creació de nous algorismes capaços de, per exemple, encriptar i desencriptar informació altament complexa de forma més ràpida.
No obstant això, i seguint amb aquest exemple, el xifratge d'un missatge es basa en dos números, un públic i un altre privat, i només quan es disposa de tots dos es pot desxifrar el missatge. Accedir a aquest missatge es realitza mitjançant la creació de dos números unívocs relacionats entre si i es realitza mitjançant la factorització de números primers, una cosa extremadament complexa des del punt de vista computacional.
La mare de tots els algorismes
Aquest problema el va resoldre en 1994 Peter Shor, professor de matemàtiques aplicades del Massachusetts Institute of Technology, que va crear un algorisme que podia utilitzar-se en un ordinador quàntic per a solucionar aquest problema de factorització. No obstant això, en aquella dècada no existia un ordinador quàntic prou estable sobre el qual pogués funcionar.
La carrera per a desenvolupar aquest tipus d'ordinadors està encapçalada per IBM, que va presentar el primer model comercial, denominat Q System One, amb una potència de 20 qbits, en el CES de Las Vegas en 2019. Un any més tard, Google va presentar el xip Sycamore, un processador de 54 qubits que en una simulació va ser capaç de realitzar un càlcul que un ordinador normal trigaria 10.000 anys a realitzar, en tan sols 200 segons.
Intel, el tercer en discòrdia, va presentar també l'any passat el seu primer xip de control quàntic, Horse Ridge, que permet la integració de processadors quàntics de fins a 128 qubits.
Computació quàntica contra la dependència tecnològica
Segons Alfonso Rubio-Manzanares, president del ‘think tank’ barcelonaqbit-bqb, aquelles empreses o institucions que puguin de crear una màquina prou potent per a realitzar aquests càlculs tindran un avantatge competitiu extremadament valuós. “Europa té una dependència tecnològica en computació molt important ja que no hi ha empreses que fabriquin o dissenyin els xips que posem en els nostres ordinadors, tots vénen dels Estats Units o Taiwan”, alerta.
No obstant això, el consorci European Quàntum Industrial Consortium busca canviar aquesta tendència promovent aquesta tecnologia disruptiva en tots els sectors industrials. Un dels seus impulsors és l'empresa espanyola Multiverse Computing, líders mundials en algorísmia quàntica aplicades a les finances.
En quins sectors s'està començant a aplicar la computació quàntica?
La banca és un dels sectors on la quàntica comença a mostrar brots verds, juntament amb l'automoció, aeroespacial i la ciberseguretat.
En el sector de les finances, Rubio-Manzanares comparteix que Multiverse Computing ha desenvolupat algorismes quàntics basats en la Intel·ligència Artificial (IA) i el Machine Learning que milloren un 3,7% l'efectivitat en la detecció de frau en les targetes de crèdit, estalviant a un banc de tipus medio 80 milions de dòlars a l'any.
“Els científics divideixen els problemes en dos tipus; els P, que poden resoldre's en un temps potencialment conegut, i els NP, el temps de resolució dels quals és indeterminat o no es coneix algorisme que els resolgui en temps potencial”, detalla.
Dins d'aquesta última categoria de problemes, la quàntica és especialment útil en l'optimització de processos i en els classificadors, que és la cerca de patrons en una gran base de dades (per exemple, en temes de visió artificial i reconeixement d'imatges). Encara que tots dos ja poden resoldre's mitjançant la IA, la computació quàntica permet fer-ho a una velocitat i un nivell de complexitat extremadament superior.
El Port d'Hamburg, el primer a optimitzar processos amb la computació quàntica
Optimitzar el trànsit rodat en les instal·lacions portuàries i a la ciutat d'Hamburg és la premissa que va impulsar el projecte MOZART i que converteix al Port d'Hamburg en el primer del món a recórrer a la quàntica per a resoldre un problema d'optimització, ja que els gairebé 20.000 camions que circulen diàriament per les seves instal·lacions depenen dels 35 semàfors que regulen el trànsit i que compten amb un hàndicap: creen colls d'ampolla en el port per la seva falta de coordinació.
Per a comprovar si l'arquitectura computacional ‘Digital Annealer’ de Fujitsu, soci tecnològic del projecte, oferia resultats ràpids, es va iniciar una prova de concepte en 2019 que buscava gestionar el trànsit de forma més intel·ligent mitjançant el desenvolupament d'una petita xarxa de trànsit i un sistema de control de trànsit simplificat.
“A partir d'una multitud de combinacions possibles, aquesta arquitectura computacional troba un resultat molt pròxim a l'òptim calculat i l'envia de retorn al sistema de control de trànsit en tan sol uns segons”, explica a PierNext Rando Schade, gerent de projectes de trànsit de l'Autoritat Portuària d'Hamburg.
‘Digital Annealer’ permet establir un circuit digital inspirat en la quàntica i està dissenyat per a donar resposta a problemes d'optimització combinatòria a gran escala que actualment són intractables amb ordinadors convencionals.
Avui, el port ha agregat més detalls a aquest model de trànsit per a incorporar variables relacionades, com la seguretat. El model es comunica amb la unitat de càlcul i proporciona respostes contínues als canvis de senyal del semàfor. “El model ens mostra que el trànsit es torna gradualment més estable a causa d'aquestes intervencions”, afegeix Schade.
El següent pas és ajustar aquest model perquè executi diferents variables durant un temps més prolongat. Per a això, l’optimitzador es connectarà amb el centre de control de trànsit del port per a rebre les dades en temps real subministrats per sensors disseminats per les instal·lacions i mapatges en el seu bessó digital.
La infraestructura que permet l'aplicació d'aquests models es basa en el desplegament del 5G. “La tecnologia de transmissió de la cinquena generació mòbil ofereix una expansió flexible de la tecnologia de transport en comparació amb les solucions cablejades. Ja hem provat amb èxit un semàfor 5G en el port encara que requereix d'una alta fiabilitat en la connectivitat i d’una xarxa de mastelers 5G prou densa”, puntualitza.
Per què la quàntica i no altres tecnologies?
El port va optar per la quàntica perquè tecnologies com el Machine Learning només proporcionarien un número finit a la multitud de situacions de trànsit possible i tampoc contempla escenaris no previstos. En canvi, la computació quàntica calcula contínuament la distribució òptima del temps que el semàfor està en verd i no de forma aproximada, un factor que al port alemany no li servia per a solucionar el seu problema.
El port ja ha tret conclusions positives de la seva aplicació, mesurant els resultats obtinguts en diversos escenaris comparats amb la configuració dels semàfors convencionals.
Schade creu que encara que aquest cas d'ús és ideal per a aquesta tecnologia, es poden projectar altres camps d'aplicació on calgui optimitzar amb rapidesa diferents processos de la logística portuària, com la gestió de contenidors.
Encara que el seu ús és encara molt incipient, la possibilitat de resoldre una sèrie de problemes que cap altra tecnologia pot ni tan sols plantejar-se, fa que la computació quàntica sigui el següent disruptor tecnològic que ja ha revolucionat el paradigma científic. Qui sap si en el futurens permetrà viatjar en el temps, tal com van fer The Avengers a Endgame per a derrotar a Tanos.
