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Tecnología para resolver la crisis climática

Hola lectores,

Aquí les comparto el segundo artículo para que podamos debatir cómo sigue avanzando la tecnología a pasos adelantados.

Te espero al final para intercambiar opiniones.


Cómo la computación cuántica puede ayudar a combatir el calentamiento global

Medium, Mayo 2022


“La computación cuántica tiene el potencial de impulsar los grandes avances necesarios para ayudar a resolver la crisis climática. Un pionero en este campo habla de cómo su empresa está tratando de aprovechar esta tecnología para mitigar el cambio climático a gran escala.

Una vez que estén listos para su despliegue comercial, se espera que los ordenadores cuánticos provoquen una alteración masiva y creen un enorme valor en una amplia gama de industrias. La capacidad única de la computación cuántica para simular la química que sustenta toda la actividad humana significa que podría ayudar a lograr innovaciones revolucionarias en la captura de carbono, nuevos combustibles, baterías, fertilizantes, catalizadores y mucho más. Jeremy O'Brien, director general y cofundador de PsiQuantum, habla con Philipp Hillenbrand, de McKinsey, sobre el enfoque de su empresa para acelerar y ampliar la tecnología y su audaz visión para desplegarla en la lucha contra el cambio climático.

El Dr. Jeremy O'Brien es uno de los principales expertos mundiales en computación cuántica. Es cofundador y director general de PsiQuantum. Antes de fundar la empresa, Jeremy fue profesor de física e ingeniería eléctrica en las universidades de Stanford y Bristol y director del Centro de Fotónica Cuántica. Lleva 25 años trabajando para conseguir una computación cuántica escalable. Jeremy es doctor en física por la Universidad de Nueva Gales del Sur.


Impacto nº 1: Acelerar rápidamente los plazos de desarrollo de un ordenador cuántico comercialmente viable requiere un enfoque fundamentalmente diferente.

Philipp Hillenbrand: ¿Podría explicar con más detalle las diferentes tecnologías subyacentes a la computación cuántica y por qué PsiQuantum ha apostado desde el principio por un sistema basado en la fotónica?

Jeremy O'Brien: Lo primero que hay que entender es que todas las aplicaciones útiles conocidas de un ordenador cuántico requieren corrección de errores y, por tanto, algo del orden de un millón de bits cuánticos, o qubits. Los avances realizados hasta la fecha se refieren a sistemas de hasta unos 100 qubits, por lo que hay un gran vacío. Desde el principio, PsiQuantum se ha centrado exclusivamente en construir un ordenador cuántico capaz de abordar aplicaciones comercialmente útiles. Desde hace más de 20 años estoy convencido de que para que una máquina de este tipo se haga realidad en mi vida, tendríamos que aprovechar las mismas técnicas avanzadas de fabricación de semiconductores que ponen mil millones de transistores en tu teléfono móvil.

El reto es que las fundiciones de semiconductores están muy limitadas en cuanto a los materiales y dispositivos que pueden construir. Los qubits suelen requerir temperaturas de milikelvin, fabricación a escala atómica o materiales exóticos que no son compatibles con la fabricación de semiconductores.

Nuestro equipo ha creado una arquitectura basada en qubits fotónicos, que evita estos requisitos más difíciles y nos permite utilizar la fotónica de silicio, una tecnología que se ha desarrollado en los últimos 25 años, principalmente por la industria de las telecomunicaciones, pero cada vez más para otras aplicaciones. Podemos generar, manipular y medir qubits utilizando componentes estándar que ya existen en productos comerciales. Este enfoque acelera enormemente nuestra línea de tiempo hasta el millón de qubits.

Más allá de la posibilidad de fabricar un gran número de qubits, los fotones presentan ventajas significativas en cuanto a su escalabilidad. Los actuales sistemas de computación cuántica se ven obstaculizados por cuatro grandes retos: la potencia de refrigeración, la electrónica de control, la conectividad y las pruebas. Nuestra arquitectura fotónica aborda de forma única todos estos retos y apoya nuestra capacidad de iterar rápidamente hacia una máquina que funcione.

Estas ventajas son la base de mi convicción de que la fotónica es realmente el único enfoque que puede alcanzar la escala necesaria para la computación cuántica tolerante a fallos en cualquier nivel práctico de tiempo o dinero.


Impacto nº 2: Las aplicaciones de la computación cuántica, que antes se creía que estaban a décadas de distancia, podrían producirse ahora en los próximos diez años.

Philipp Hillenbrand: ¿Qué le diría a un escéptico que cree que la computación cuántica permanecerá siempre en el ámbito de la ciencia ficción y no se convertirá en algo de valor práctico?

Jeremy O'Brien: Le diría que tiene razón al ser escéptico, dado el inmenso reto que supone. Si no hubiéramos resuelto el problema de utilizar las líneas de producción de una fundición de semiconductores líder en el mundo para fabricar los chips, todavía estaría diciendo a todo el mundo que la computación cuántica está a décadas de distancia. Pero mientras que antes construíamos este material en un laboratorio de investigación, ahora lo estamos construyendo en las líneas de producción de la fundición de semiconductores, codo con codo con los chips que están en su ordenador portátil y su teléfono móvil. Se está convirtiendo rápidamente en una tecnología madura. Hemos simulado la arquitectura con todo detalle y no hay obstáculos técnicos fundamentales. Hemos demostrado todos los componentes básicos, como las puertas de enredo, los algoritmos a pequeña escala, etc.

En 1995 me enteré de que la computación cuántica podría provocar una revolución similar a las revoluciones agrícola, industrial y digital. Por aquel entonces, parecía inverosímil que la mecánica cuántica pudiera tener un efecto tan trascendental. Pero hoy en día, PsiQuantum está observando un gran interés, junto con un alto nivel de sofisticación, por parte de las empresas de la lista Fortune 500, que están trabajando con nosotros para entender cómo van a desplegar la computación cuántica para impulsar grandes avances en una amplia gama de aplicaciones y casos de uso. Lo hacen ahora para asegurarse de que tendrán acceso a esta tecnología que cambiará el mundo cuando esté en línea, lo que les permitirá ser los primeros en lo que promete ser una dinámica en la que el ganador se lo lleva todo.

Todo esto me da una enorme confianza en que seremos capaces de conseguir aplicaciones útiles en esta década.


Impacto nº 3: La computación cuántica revolucionará la química, permitiendo innovaciones y avances revolucionarios en las tecnologías de baja emisión de carbono.

Philipp Hillenbrand: ¿Dónde cree que la computación cuántica puede marcar la diferencia en el campo de la sostenibilidad?

Jeremy O'Brien: Aquí es donde las cosas se ponen realmente interesantes. En resumen, la computación cuántica revolucionará la química. Y, si podemos -como ahora estoy convencido- construir a tiempo un ordenador cuántico de un millón de qubits, será una gran noticia para nuestro clima.

¿Por qué? Muchas tecnologías con bajas emisiones de carbono implican sistemas complejos, sobre todo en torno a la química y la ciencia de los materiales, que nadie entiende del todo. Todo el mundo se esfuerza por encontrar un nuevo catalizador o electrolito que nos permita capturar el carbono de forma más barata o mejorar las baterías eléctricas. En la actualidad, tenemos que probar miles de combinaciones moleculares, lo que implica largos y carísimos experimentos de laboratorio de prueba y error, con mejoras a menudo decepcionantes y marginales.

Cuando se trata de materiales y química, los potentes superordenadores trabajan por aproximación y nunca podrán hacer frente al nivel de complejidad. Precisamente ahí es donde la computación cuántica desempeñará un papel fundamental: en la superación de estas barreras científicas y técnicas.

Tomemos un ejemplo apasionante del mundo actual: el amoníaco, una molécula formada por un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno que es la base del fertilizante utilizado para cultivar los alimentos que alimentan a la población mundial. En la actualidad, producimos amoníaco utilizando el hidrógeno del gas natural y el nitrógeno del aire en un proceso industrial centenario de Haber-Bosch que produce alrededor del 2% de todo el CO2 mundial. Hay formas de descarbonizar este proceso, por ejemplo, utilizando la captura de carbono o el hidrógeno verde como materia prima alternativa. Pero ambos enfoques suponen un coste adicional, lo que retrasa su uso a una escala significativa, y ninguno de ellos aborda la alta temperatura y la presión, de gran consumo energético, que requiere este proceso industrial.

Sin embargo, sabemos que la naturaleza tiene una forma mucho mejor de hacerlo. Los microbios producen amoníaco a temperaturas y presiones normales, extrayendo el hidrógeno del agua y utilizando una compleja molécula conocida como enzima, que en realidad es sólo un catalizador biológico, una molécula que permite o acelera las reacciones químicas pero que, por lo demás, no forma parte de la reacción.

Sabemos que debería ser posible reproducir la función de esta enzima utilizando un catalizador artificial, pero simplemente no podemos simular la estabilidad de la enzima natural con ordenadores normales. Si pudiéramos, significaría que podríamos utilizar agua en lugar de gas natural como fuente de hidrógeno, así como fabricar amoníaco a unos 30 grados en lugar de 400 grados. Entonces podríamos fabricar amoníaco verde lo suficientemente barato como para empezar a utilizarlo como combustible en los barcos en 2030. Pero no se fíen de mi palabra: el director general de Google ha dicho que Haber-Bosch está en vías de extinción.1

Otro ejemplo interesante es el diseño de las baterías. Nadie entiende realmente la electroquímica de las baterías de iones de litio, pero ya son omnipresentes, y unas baterías mejores serán importantes en el camino hacia el cero neto. Si pudiéramos simular con mayor precisión las moléculas de los electrolitos, por ejemplo, podríamos resolver importantes problemas relacionados con la densidad energética, la seguridad, el tiempo de carga, el uso de minerales raros o conflictivos, etc. Con un gran aumento de la eficiencia y nuevos materiales que no se enfrenten a problemas de suministro, los precios de las baterías podrían bajar rápidamente y acelerar la transición a los vehículos eléctricos, incluso en el sector más difícil de los camiones, donde podríamos llegar a la paridad de costes muchos años antes.


Impacto nº 4: Los casos de uso de la computación cuántica podrían suponer una cantidad sustancial de la reducción de emisiones necesaria para alcanzar una senda de 1,5 °C.

Philipp Hillenbrand: ¿Cuál es el potencial de impacto que estos casos de uso podrían contribuir a frenar el calentamiento global?

Jeremy O'Brien: Los principales casos de uso hasta ahora incluyen baterías con mayor densidad (especialmente para el transporte y el almacenamiento en red), perovskitas para paneles solares más eficientes, nuevos disolventes para la captura de carbono en fuentes puntuales y adsorbentes para la captura directa en el aire, nuevos clinkers de cemento con cero emisiones de carbono, membranas de modelado, catalizadores y corrientes eléctricas en la producción de hidrógeno y (como se ha mencionado anteriormente) nuevas formas de crear amoníaco limpio. Las reducciones de costes reales impulsan las tasas de adopción de la tecnología, por lo que esto debería acelerar el uso de la tecnología verde de cinco a diez años.

Estos casos de uso principales podrían lograr un impacto de descarbonización a gran escala y contribuir a que el planeta vuelva a la senda de los 1,5 °C.

Y este impacto potencial empieza a tener mucho sentido si se piensa en la computación cuántica como una tecnología habilitadora que resuelve los cuellos de botella computacionales que frenan el diseño de nuevas tecnologías. A su vez, acelera la adopción de las tecnologías existentes haciéndolas más eficientes o económicas, para que la gente las utilice una década antes.

De hecho, la visión de PsiQuantum es que la computación cuántica tiene que trabajar para resolver los retos críticos de nuestro tiempo, empezando por el cambio climático. Creemos tan firmemente en esto que nos comprometimos desde el principio a dedicar nuestra capacidad inicial a casos de uso de la sostenibilidad, como los que he descrito aquí. Para ello, lanzamos Qlimate con un enfoque y una misión totalmente orientados al impacto climático.


Impacto nº 5: La tecnología es un elemento fundamental en la lucha contra el cambio climático, pero no puede resolver la crisis por sí sola.

Philipp Hillenbrand: Los cínicos podrían decir que, como seres humanos, instituciones y gobiernos, podemos seguir portándonos mal, ya que los avances tecnológicos ayudarán a evitar lo peor de todos modos. ¿Cuál es su respuesta?

Jeremy O'Brien: ¡Claro que no! Mi posición es que debemos hacer todo en paralelo. Tenemos que resolver la emergencia climática utilizando todas las herramientas que tenemos. También tenemos que averiguar cómo utilizar la computación cuántica para construir nuevas herramientas. Y tenemos que construir esa capacidad de computación cuántica de un millón de qubits lo antes posible.

Para alguien que ha pasado gran parte de su vida trabajando en la tecnología, no suscribo el "solucionismo" tecnológico simplista; el cero neto vendrá de una combinación de políticas, mercados, comportamiento del consumidor y tecnología. Dada la grave situación en la que nos encontramos, es evidente que estaríamos locos si no hiciéramos todo lo posible por desarrollar la tecnología que podría ayudarnos a llegar a la red cero y más allá. Por eso mis colegas y yo en PsiQuantum estamos tan decididos a apoyar los avances en materia de clima.

En la COP262 me animó el hecho de que ya disponemos de una gran cantidad de tecnología para avanzar. La tecnología forma parte, obviamente, de ese nexo entre mercado, política y comportamiento, como hemos visto en el caso de la energía solar: una mejor tecnología hace que las soluciones con bajas emisiones de carbono sean más baratas y escalables, lo que afecta a los mercados y puede apoyar cambios en las políticas y en la elección de los consumidores. Mientras la tecnología no sea una distracción, sino un elemento facilitador, desempeñará un papel crucial en la lucha contra el cambio climático. Estamos muy centrados en asegurar que la computación cuántica sirva para algo y, para nosotros, eso significa abordar algunos de los problemas más acuciantes de nuestro tiempo, empezando por el cambio climático.

Philipp Hillenbrand: Si mira a 30 años vista, ¿qué papel desempeñará la informática cuántica en nuestra vida cotidiana? ¿Qué habrá conseguido para entonces en su mejor escenario personal?

Jeremy O'Brien: Estoy convencido de que el impacto de la computación cuántica va a ser más profundo que el de cualquier otra tecnología hasta la fecha, creando industrias completamente nuevas y abriendo soluciones a problemas que, de otro modo, serían siempre imposibles de resolver. La verdadera cuestión es si conseguiremos fabricar ordenadores cuánticos suficientemente potentes en el plazo que necesitamos. Yo creo que sí. Experimentaremos revoluciones en nuestra vida cotidiana: de dónde proceden nuestra energía y nuestros alimentos, las medicinas que tomamos y, más ampliamente, cómo gestionamos la complejidad y el riesgo en grandes sistemas como los mercados financieros. Estos son sólo algunos ejemplos que me vienen a la mente. Pero, sobre todo, espero que dentro de 30 años veamos con asombro cómo hemos conseguido evitar el desastre climático y cómo la computación cuántica ha servido de apoyo a los tremendos esfuerzos colectivos y al ingenio humano que ha permitido encontrar las soluciones adecuadas.”


Bueno, aquí me encuentras para compartir mis impresiones.

En primer lugar, debo decirte que estoy convencido de que la Computación Cuántica (CC) representa un antes y un después en el desarrollo de la civilización humana, en cuanto a su capacidad de resolver problemas técnicos que limitaron el mismo hasta la fecha.

Es imprevisible su ámbito de actuación, aunque seguramente la mayoría de los quehaceres humanos serán afectados por la misma, comenzando ya dentro de muy pocos años.

Sus usos descriptos en este artículo en cuanto a facilitar la migración del medio ambiente en el que se desarrolla la actividad del sápiens hacia un final alejado del tan temido desastre ambiental, es tan solo uno de los muchos impactos que generará la irrupción de la CC en nuestras vidas.

Hablar hoy de equipos con más de un millón de qúbits suena como algo quimérico, cuando solo nos atrevemos a imaginar a los más osados, del orden de unos pocos cientos de ellos.

No obstante, el crecimiento exponencial que requiere alcanzarlos ya ha ocurrido previamente en otros ámbitos, como el transporte, la medicina, las comunicaciones, etc. Por lo tanto, aunque algo inimaginable hoy, estoy convencido de que el mismo, tarde o temprano, habrá de ocurrir.

Sigo de cerca este atrapante tema y lo único que lamento es que no estaré aquí para poder verlo.


Ahora me gustaría conocer tu honesta opinión con respecto a este artículo.

Gracias por tu colaboración.

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