Basada en los qubits, la computación cuántica da lugar a nuevas lógicas a la hora de resolver problemas. (GettyImages)
Computación cuántica: la primera aplicación portuaria del próximo gran disruptor tecnológico
Los ordenadores cuánticos son millones de veces más rápidos que las supercomputadoras. Despliegan una potencia de cálculo capaz de procesar algoritmos altamente complejos en tiempo real, simulando e iterando con rapidez problemas que no podían resolverse hasta ahora. Después de años limitada a los círculos académicos y científicos, está empezando a emerger en el espacio comercial. En el ámbito portuario, el Puerto de Hamburgo es el primero en emplear la tecnología cuántica para optimizar el tráfico rodado en sus instalaciones.
Publicado el
13.05.2021
Basada en los qubits, la computación cuántica da lugar a nuevas lógicas a la hora de resolver problemas. (GettyImages)
¿Qué es la computación cuántica?
La computación clásica se fundamenta en los bits, basados en la lógica binaria en la que solo existen dos resultados posibles representados por el 1 (verdadero) o el 0 (falso), ya que ambos son excluyentes entre sí.
La computación cuántica, en cambio, se basa en los qubits, que agregan un tercer elemento al 0 y 1, que es la combinación de ambos valores, conocida como superposición cuántica. Este tercer estado da lugar a nuevas lógicas a la hora de resolver problemas y un poder de cálculo que posibilita la creación de nuevos algoritmos capaces de, por ejemplo, encriptar y desencriptar información altamente compleja de forma más rápida.
Sin embargo, el cifrado de un mensaje se basa en dos números, uno público y otro privado, y solo cuando ambos coinciden puede descifrar el mensaje. Acceder a dicho mensaje se realiza mediante la creación de dos números unívocos relacionados entre sí y que solo puede hacerse factorizando números primos, algo extremadamente complejo desde el punto de vista de la informática clásica.
La madre de todos los algoritmos
Este problema de factorización lo resolvió en 1994 Peter Shor, profesor de matemáticas aplicadas del Massachusetts Institute of Technology, que creó un algoritmo que podía utilizarse en un ordenador cuántico para solucionarlo. Sin embargo, en aquella década no existía un ordenador cuántico lo bastante estable sobre el que pudiera funcionar.
La carrera para desarrollar este tipo de ordenadores está encabezada por IBM, que presentó el primer modelo comercial, denominado Q System One, con una potencia de 20 qbits, en el CES de Las Vegas en 2019. Un año más tarde, Google presentó el chip Sycamore, un procesador de 54 qubits que en una simulación fue capaz de realizar un cálculo que un ordenador clásico tardaría 10.000 años en realizar, en tan solo 200 segundos.
Intel, el tercero en discordia, presentó también el año pasado su primer chip de control cuántico, Horse Ridge, que permite la integración de procesadores cuánticos de hasta 128 qubits
Computación cuántica contra la dependencia tecnológica
Según Alfonso Rubio-Manzanares, presidente del ‘think tank’ barcelonaqbit-bqb, aquellas empresas o instituciones capaces de crear una máquina lo suficientemente potente para realizar estos cálculos tendrán una ventaja competitiva extremadamente valiosa. “Europa tiene una dependencia tecnológica en computación muy importante ya que no hay empresas que fabriquen o diseñen los chips que ponemos en nuestros ordenadores, todos vienen de Estados Unidos o Taiwán”, alerta.
Sin embargo, el consorcio European Quantum Industrial Consortium busca cambiar esta tendencia promoviendo esta tecnología disruptiva en todos los sectores industriales. Uno de sus impulsores es la empresa española Multiverse Computing, líderes mundiales en algoritmia cuántica aplicadas a las finanzas.
¿En qué sectores se está aplicando la computación cuántica?
La banca es uno de los sectores donde la informática cuántica empieza a mostrar brotes verdes, junto con la automoción, la industria aeroespacial y la ciberseguridad.
En el sector de las finanzas, Rubio-Manzanares comparte que Multiverse Computing ha desarrollado algoritmos cuánticos basados en la Inteligencia Artificial (IA) y el Machine Learning que mejoran un 3,7% la efectividad en la detección de fraude en las tarjetas de crédito, ahorrando a un banco de tipo medio 80 millones de dólares al año.
“Los científicos dividen los problemas en dos tipos; los P, que pueden resolverse en un tiempo potencialmente conocido, y los NP, cuyo tiempo de resolución es indeterminada”, detalla.
Dentro de esta última categoría de problemas,un sistema cuántico es especialmente útil en la optimización de procesos y en los clasificadores, que es el análisis de datos y búsqueda de patrones en una gran base de datos o big data. Aunque ambos ya pueden resolverse mediante la Inteligencia Artificial (IA), la computación cuántica permite hacerlo a una velocidad y un nivel de complejidad extremadamente superior.
El Puerto de Hamburgo, el primero en optimizar procesos con la computación cuántica
Optimizar el tráfico rodado en las instalaciones portuarias y en la ciudad de Hamburgo es la premisa que impulsó el proyecto MOZART y que convierte al Puerto de Hamburgo en el primero del mundo en recurrir a la computación cuántica para resolver un problema de optimización, ya que los casi 20.000 camiones que circulan diariamente por sus instalaciones dependen de los 35 semáforos que regulan el tráfico y que cuentan con un hándicap: crean cuellos de botella en el puerto debido a su falta de coordinación.
Para comprobar si la arquitectura computacional ‘Digital Annealer’ de Fujitsu, socio tecnológico del proyecto, ofrecía resultados rápidos, se inició una prueba de concepto en 2019 que buscaba gestionar el tráfico de forma más inteligente mediante el desarrollo de una pequeña red de tráfico y un sistema de control de tráfico simplificado.
“A partir de una multitud de combinaciones posibles, esta arquitectura computacional encuentra un resultado muy cercano al óptimo calculado y lo envía de regreso al sistema de control de tráfico en solo unos segundos”, explica a PierNext Rando Schade, gerente de proyectos de tráfico de la Autoridad Portuaria de Hamburgo.
‘Digital Annealer’ permite establecer un circuito digital inspirado en la cuántica y está diseñado para dar respuesta a problemas de optimización combinatoria a gran escala que actualmente son intratables con ordenadores convencionales.
A día de hoy, el puerto ha agregado más detalles a este modelo de tráfico para incorporar variables relacionadas, como la seguridad. El modelo se comunica con la unidad de cálculo y proporciona respuestas continuas a los cambios de señal del semáforo. “El modelo nos muestra que el tráfico se vuelve gradualmente más estable debido a estas intervenciones”, añade Schade.
El siguiente paso es ajustar este modelo para que ejecute diferentes variables durante un tiempo más prolongado. Para ello, el optimizador se conectará con el centro de control de tráfico del puerto para recibir los datos en tiempo real suministrados por sensores diseminados por las instalaciones y mapeados en su gemelo digital.
La infraestructura que permite la aplicación de estos modelos se basa en el despliegue del 5G. “La tecnología de transmisión de la quinta generación móvil ofrece una expansión flexible de la tecnología de transporte en comparación con las soluciones cableadas. Ya hemos probado con éxito un semáforo 5G en el puerto aunque requiere de una alta fiabilidad en la conectividad y una red de mástiles 5G lo suficientemente densa”, puntualiza.
¿Por qué la cuántica y no otras tecnologías?
El puerto optó por la cuántica porque tecnologías como el Machine Learning solo proporcionarían un número finito a la multitud de situaciones de tráfico posible y tampoco contempla escenarios no previstos. En cambio, la computación cuántica calcula continuamente la distribución óptima del tiempo que el semáforo está en verde y no solo el tiempo aproximado, algo que al puerto alemán no le servía para solucionar su problema.
El puerto ya ha sacado conclusiones positivas de su aplicación, midiendo los resultados obtenidos en varios escenarios comparados con la configuración de los semáforos convencionales.
Schade cree que aunque este caso de uso es ideal para esta tecnología, se pueden proyectar otros campos de aplicación donde haya que optimizar con rapidez diferentes procesos de la logística portuaria, como la gestión de contenedores.
Aunque su uso es todavía muy incipiente, la posibilidad de resolver una serie de problemas que ninguna otra tecnología puede ni siquiera plantearse, hace que la computación cuántica sea el siguiente disruptor tecnológico que ya ha revolucionado el paradigma científico. Quien sabe si pronto nos permitirá viajar en el tiempo, tal y como hicieron Los Vengadores en Endgame para derrotar a Tanos.
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