Tecnologías cuánticas

Aunque la teoría cuántica y su famoso gato de Schrödinger puedan parecer abstracciones académicas, su utilidad futura es innegable.

Los líderes de la fabricación avanzada y las cadenas de suministro se enfrentan a un periodo de turbulencias con volatilidad global, rápidos avances tecnológicos y demandas cambiantes de los clientes. Para ilustrar esta disrupción, en 2024, las interrupciones globales logísticas aumentaron un 38% interanual debido a tensiones geopolíticas, fenómenos meteorológicos extremos y huelgas laborales.

En este contexto, las tecnologías cuánticas (como la computación, la detección y la seguridad cuántica) emergen como una oportunidad transformadora según un reciente informe del Foro Económico Mundial elaborado en colaboración con Accenture.

A modo de introducción, hay algunas directrices esenciales para los ejecutivos:

- La seguridad es urgente: la criptografía poscuántica es crucial para proteger los sistemas de futuras amenazas. Análisis de expertos, incluidos líderes de Google (referente cuántico mundial), estiman que alrededor del 20% de los bitcoins actuales (aquellos con claves públicas expuestas) serían vulnerables.

- Las plataformas híbridas ofrecen una entrada de bajo riesgo: las herramientas cuánticas basadas en la nube facilitan la experimentación sin requerir inversiones iniciales importantes.

Hay varias áreas clave de valor en el mundo cuántico que abarcan desde la medicina a la logística. Agruparemos el análisis en tres ámbitos: diseño de producto e I+D, producción de fábrica, y cadenas de suministro.

1) Innovación en diseño de producto e I+D, incluyendo el sector biotecnológico.

Es la base de la competitividad en el sector manufacturero. Estas innovaciones abordan desafíos en áreas críticas:

- Descubrimiento de materiales: los ciclos de I+D suelen ser largos y costosos. La computación cuántica puede simular interacciones moleculares a escala atómica de forma nativa, acelerando el desarrollo de materiales avanzados. Por ejemplo, Boeing utilizó algoritmos cuánticos para simular la corrosión en materiales aeroespaciales, un desafío para el que los métodos clásicos eran lentos y limitados en precisión.

- Descubrimiento de fármacos. Un ejemplo clave es el desarrollo de terapias de ARN mensajero (mRNA): diseñarlas de forma efectiva requiere predecir cómo se pliegan largas cadenas de nucleótidos, un problema combinatorio que satura a los ordenadores clásicos. Mientras que los métodos tradicionales requieren simplificaciones y días de cálculo para secuencias largas, la computación cuántica puede analizar simultáneamente múltiples patrones de plegamiento sin recortes. Avances recientes, como los de Moderna, demuestran cómo esto acelera el desarrollo de tratamientos más efectivos y seguros, reduciendo drásticamente el tiempo de comercialización.

- Colaboración segura: los datos sensibles de I+D son vulnerables a amenazas cibernéticas, incluidas las futuras amenazas cuánticas. La seguridad y comunicaciones cuánticas (PQC - criptografía poscuántica, QRNG - generador cuántico de números aleatorios, y QKD - distribución cuántica de claves) aseguran el intercambio de datos y protegen la propiedad intelectual a través de redes colaborativas, algo crucial en ecosistemas de investigación globales e interconectados.

2) Mejora de la precisión y productividad en la producción de fábrica.

Las tecnologías cuánticas ofrecen soluciones para superar los límites computacionales de los sistemas digitales avanzados en la fabricación inteligente. Áreas clave donde lo cuántico mejora la eficiencia:

- Planificación y programación de procesos: la computación cuántica optimiza los flujos de trabajo y la secuencia de producción al resolver problemas combinatorios complejos, mejorando la asignación de recursos. Ford Otosan, por ejemplo, redujo el tiempo de programación de la fabricación de vehículos en un 50% utilizando quantum annealing híbrido clásico-cuántico.

- Garantía de calidad y monitorización de procesos: hay altas tasas de defectos y mantenimiento reactivo. Los sensores cuánticos brindan detección ultrasensible en tiempo real de defectos y anomalías. En la fabricación de semiconductores, los sensores cuánticos de diamante se utilizan para identificar firmas magnéticas sutiles asociadas con defectos a nanoescala, mejorando significativamente la calidad.

- Sistemas de producción seguros: los atacantes cibernéticos buscan redes industriales. La seguridad y comunicaciones cuánticas aseguran las comunicaciones máquina a máquina y en la nube. Estas soluciones de criptografía son esenciales para proteger la integridad del producto y la continuidad operativa. Es importante destacar que la implementación de PQC y la verificación criptográfica eficiente es relevante para sistemas embebidos no solo en automoción y robótica, sino también en dispositivos médicos.

3) Agilidad y seguridad en las cadenas de suministro.

Las cadenas de suministro globales son dinámicas y complejas, lo que desafía los sistemas de cómputo tradicionales. Veamos algunos ejemplos clave de transformación de las cadenas de suministro con tecnologías cuánticas:

- Optimización de transporte y rutas: los algoritmos de optimización cuántica pueden ajustar las rutas ineficientes y los horarios para una logística adaptativa más rápida. El Puerto de Los Ángeles optimizó la asignación de grúas a camiones utilizando quantum annealing híbrido, lo que resultó en una reducción de casi el 40% en el uso de grúas.

- Asignación de inventario y previsión de demanda: la computación cuántica puede mejorar la previsión y optimizar los niveles de existencias al analizar conjuntos de datos con interdependencias complejas.

- Monitorización ambiental y de calidad: los sensores cuánticos permiten el monitoreo en tiempo real de las condiciones ambientales y del producto, lo cual es fundamental para detectar daños o deterioros y asegurar la trazabilidad.

- Navegación en áreas sin GPS: la detección cuántica puede mejorar la precisión y la fiabilidad de la navegación autónoma, incluso en entornos donde el GPS está bloqueado.

- Intercambio seguro de datos: la criptografía cuántica garantiza un intercambio de datos seguro y a prueba de manipulaciones. El Puerto de Róterdam implementó una red de comunicaciones segura basada en QKD para el intercambio de datos en tiempo real, estableciendo un estándar para la resiliencia de la cadena de suministro.

¿Cuál es la hoja de ruta para la adopción a escala? Los líderes deben centrarse en áreas prioritarias para construir ventajas competitivas:

- La computación cuántica debe centrarse en la simulación avanzada, incluyendo la innovación en materiales y fármacos, y la optimización de la logística y la producción.

- La detección cuántica debe enfocarse en la garantía de calidad de precisión, el control de procesos y la navegación fiable.

- La seguridad cuántica debe poner el foco en proteger la propiedad intelectual y los datos sensibles (por ejemplo, mediante PQC y QKD) y en el cumplimiento de los marcos regulatorios.

Aunque la promesa de la inmortalidad pueda ser una distracción lejana, lo verdaderamente tangible y urgente es la sinergia entre lo cuántico y la IA. Esta conjunción no sólo optimizará procesos, sino que redefinirá la capacidad de la civilización para resolver problemas complejos.

Como afirma el físico David Deutsch: “La computación cuántica será la primera tecnología que permitirá realizar tareas útiles que un ordenador clásico jamás podría lograr, ni aunque tuviera el tamaño del universo entero”.