Computación cuántica y datos abiertos. La próxima frontera del conocimiento y la tecnología

La computación cuántica promete resolver en horas problemas que tomarían milenios a los superordenadores más potentes del mundo. Desde el diseño de nuevos fármacos hasta la optimización de redes de energía más sostenibles, esta tecnología transformará radicalmente nuestra capacidad para abordar los desafíos más complejos de la humanidad. Sin embargo, su verdadero potencial democratizador solo se materializará mediante la convergencia con los datos abiertos, permitiendo que investigadores, empresas y gobiernos de todo el mundo accedan tanto a la capacidad de cómputo cuántico en la nube como a los datasets públicos necesarios para entrenar y validar algoritmos cuánticos.

Tratar de explicar la teoría cuántica siempre ha supuesto un desafío, incluso para las mentes más brillantes que la humanidad ha dado en los últimos cientos de años. El célebre físico Richard Feynman (1918-1988) lo expresó con su característico humor:

"Hubo un tiempo en que los periódicos decían que sólo doce hombres entendían la teoría de la relatividad. No creo que nunca fuera así [...] Por otro lado, creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica" Wikiquote.

Y eso lo dijo uno de los físicos más brillantes del siglo XX, premio Nobel y uno de los padres de la electrodinámica cuántica. Tan grande es la rareza del comportamiento cuántico a ojos de un humano que, hasta el mismísimo Albert Einstein en su ya mítica frase, le decía a Max Born, en una carta escrita al físico alemán en 1926 "Dios no juega a los dados con el universo" en referencia a su incredulidad sobre las propiedades probabilísticas y no deterministas que se le atribuyen al comportamiento cuántico. A lo que Niels Bohr - otro titán de la física del siglo XX - le respondió: "Einstein, deja de decirle a Dios qué hacer".

Computación clásica

Si queremos entender por qué la mecánica cuántica propone una revolución en la ciencia de la computación tenemos que entender sus diferencias fundamentales con la mecánica - y, por ende - computación clásica. Casi todos hemos oído hablar en algún momento de nuestra vida de los bits de información. Los humanos hemos desarrollado una forma de realizar cálculos matemáticos complejos reduciendo toda la información a bits - las unidades fundamentales de información con las que sabe trabajar una máquina -, que son los famosos ceros y unos (0 y 1). Con dos simples valores, hemos sido capaces de modelar todo nuestro mundo matemático. ¿Y esto por qué? se preguntará alguno. ¿Por qué en base 2 y no 5 o 7? Pues bien, en nuestro mundo físico clásico (en el que vivimos día a día) diferenciar entre 0 y 1 es relativamente sencillo; encendido y apagado, como en el caso de un interruptor eléctrico, o imanación norte o sur, en el caso de un disco duro magnético. Para un mundo binario, hemos desarrollado todo un lenguaje de codificación en base a dos estados: 0 y 1.

Computación cuántica

En computación cuántica en vez de bits, utilizamos los cúbits o qubits. Los qubits utilizan varias propiedades “extrañas” de la mecánica cuántica que les permite representar infinitos estados a la vez entre el cero y uno de los clásicos bits. Para entenderlo, es cómo si un bit solo pudiera representar un estado encendido o apagado en una bombilla, mientras que un qubit puede representar todas las intensidades de iluminación de la bombilla. Esta propiedad es conocida como “superposición cuántica” y permite que un ordenador cuántico explore millones de soluciones posibles al mismo tiempo. Pero esto no es todo en la computación cuántica. Si te parece extraña la superposición cuántica espera a ver el entrelazamiento cuántico (quantum entanglement). Gracias a esta propiedad, dos partículas (o dos qubits) “entrelazadas” están conectadas “a distancia” de forma que el estado de una determina el estado de la otra. Así que, con estas dos propiedades tenemos qubits de información, que pueden representar infinitos estados y están conectados entre ellos. Este sistema tiene potencialmente una capacidad de computación exponencialmente mayor que nuestros ordenadores basados en computación clásica.

Dos casos de aplicación de la computación cuántica

1. Descubrimiento de fármacos y medicina personalizada. Los ordenadores cuánticos pueden simular interacciones moleculares complejas que son imposibles de calcular con la computación clásica. Por ejemplo, el plegamiento de proteínas - fundamental para entender enfermedades como el Alzheimer - requiere analizar trillones de configuraciones posibles. Un ordenador cuántico podría reducir años de investigación a semanas, acelerando el desarrollo de nuevos medicamentos y tratamientos personalizados basados en el perfil genético de cada paciente.

2. Optimización logística y cambio climático. Empresas como Volkswagen ya utilizan computación cuántica para optimizar rutas de tráfico en tiempo real. A mayor escala, estos sistemas podrían revolucionar la gestión energética de ciudades enteras, optimizando redes eléctricas inteligentes que integren renovables de forma eficiente, o diseñar nuevos materiales para captura de CO2 que ayuden a combatir el cambio climático.

Una buena lectura recomendada para hacer un repaso completo por la computación cuántica aquí.

El papel de los datos (y los recursos de computación) abiertos

La democratización del acceso a la computación cuántica dependerá crucialmente de dos pilares: recursos de computación abiertos y datasets públicos de calidad. Esta combinación está creando un ecosistema donde la innovación cuántica ya no requiere millones de dólares en infraestructura. A continuación, vemos algunas opciones disponibles para cada uno de estos pilares.

1. Acceso gratuito a hardware cuántico real:

• IBM Quantum Platform: ofrece acceso gratuito mensual a sistemas cuánticos de más de 100 qubits para cualquier persona en el mundo. Con más de 400.000 usuarios registrados que han generado más de 2.800 publicaciones científicas, demuestra cómo el acceso abierto acelera la investigación. Cualquier investigador puede registrarse en la plataforma y comenzar a experimentar en minutos.
• Open Quantum Institute (OQI): lanzado en CERN (la Organización Europea para la Investigación Nuclear) en 2024, va más allá, proporcionando no solo acceso a computación cuántica sino también mentorización y recursos educativos para regiones desatendidas. Su programa de hackathons en 2025 incluye eventos en Líbano, Emiratos Árabes Unidos y otros países, específicamente diseñados para mitigar la brecha digital cuántica.

2. Datasets públicos para el desarrollo de algoritmos cuánticos:

• QDataSet: ofrece 52 conjuntos de datos públicos con simulaciones de sistemas cuánticos de uno y dos qubits, disponibles libremente para entrenar algoritmos de machine learning (ML) cuántico. Investigadores sin recursos para generar sus propios datos de simulación pueden acceder a su repositorio en GitHub y comenzar a desarrollar algoritmos inmediatamente.
• ClimSim: se trata de un dataset público de modelado relacionado con el clima que ya está siendo usado para demostrar los primeros algoritmos de ML cuántico aplicados al cambio climático. Permite a cualquier equipo, independientemente de su presupuesto, trabajar en problemas climáticos reales usando computación cuántica.
• PennyLane Datasets: es una colección abierta de moléculas, circuitos cuánticos y sistemas físicos que permite a las startups farmacéuticas sin recursos realizar simulaciones costosas y experimentar con el descubrimiento de fármacos asistido por computación cuántica.

Casos reales de innovación inclusiva

Las posibilidades que ofrece el uso de datos abiertos a la computación cuántica ha quedado patente en diversos casos de uso, fruto de investigaciones concretas y convocatorias de ayudas, como, por ejemplo:

• El Gobierno de Canadá lanzó en 2022 "Quantum Computing for Climate", una convocatoria específica para que PYMEs y startups desarrollen aplicaciones cuánticas usando datos climáticos públicos, demostrando cómo los gobiernos pueden catalizar innovación proporcionando tanto datos como financiación para su uso.
• UK Quantum Catalyst Fund (15 millones de libras) financia proyectos que combinan computación cuántica con datos públicos del sistema nacional de salud de Reino Unido (NHS) para problemas como la optimización de redes energéticas y diagnósticos médicos, creando soluciones de interés público verificables por la comunidad científica.
• El informe 2024 del Open Quantum Institute (OQI) detalla 10 casos de uso para los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU desarrollados colaborativamente por expertos de 22 países, donde los resultados y metodologías son públicamente accesibles, permitiendo que cualquier institución replique o mejore estos trabajos).
• Red.es ha abierto una manifestación de interés dirigida a agentes del ecosistema de tecnologías cuánticas para recopilar ideas, propuestas y necesidades que contribuyan al diseño de las futuras líneas de actuación de la Estrategia Nacional de Tecnologías Cuánticas 2025–2030, financiada con 40 millones de euros provenientes de los Fondos FEDER.

Estado actual de la computación cuántica

Estamos en la era NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum), término acuñado por el físico John Preskill en 2018, que describe ordenadores cuánticos con 50-100 qubits físicos. Estos sistemas son suficientemente potentes para realizar ciertos cálculos más allá de las capacidades clásicas, pero sufren de decoherencia, errores frecuentes que los hacen poco viables en aplicaciones de mercado.

IBM, Google, y startups como IonQ ofrecen acceso cloud a sus sistemas cuánticos, con IBM proporcionando acceso público a través de IBM Quantum Platform desde 2016, siendo uno de los primeros procesadores cuánticos accesibles públicamente conectados a la nube.

En 2019, Google alcanzó la "supremacía cuántica" con su procesador Sycamore de 53 qubits, que realizó un cálculo en aproximadamente 200 segundos que tomaría aproximadamente 10.000 años a un superordenador clásico de última generación.

Los últimos análisis independientes sugieren que las aplicaciones cuánticas prácticas pueden emerger alrededor de 2035-2040, asumiendo un crecimiento exponencial continuo en las capacidades del hardware cuántico. IBM se ha comprometido a entregar un ordenador cuántico tolerante a fallos a gran escala, IBM Quantum Starling, para 2029, con el objetivo de ejecutar circuitos cuánticos que comprenden 100 millones de compuertas cuánticas en 200 qubits lógicos.

La carrera global por el liderazgo cuántico

La competencia internacional por dominar las tecnologías cuánticas ha desencadenado una ola de inversiones sin precedentes. Según McKinsey, hasta 2022 el nivel reconocido oficialmente de inversión pública de China (15.300 millones de dólares) supera el de la Unión Europea (7.200 millones de dólares), Estados Unidos 1.900 millones de dólares) y Japón (1.800 millones de dólares) juntos.

A nivel doméstico, el Reino Unido ha comprometido 2.500 millones de libras durante diez años con su Estrategia Nacional Cuántica para hacer del país un hub global de innovación en esta tecnología, y Alemania ha realizado una de las inversiones estratégicas más grandes en computación cuántica, destinando 3.000 millones de euros bajo su plan de estímulo económico.

La inversión en el primer trimestre de 2025 muestra un crecimiento explosivo: las empresas de computación cuántica recaudaron más de 1.250 mil millones de dólares, más del doble que el año anterior, un aumento del 128%, reflejando una creciente confianza en que esta tecnología está acercándose a la relevancia comercial.

     Para finalizar la sección, una fantástica entrevista corta a Ignacio Cirac, uno de los “padres españoles” de la computación cuántica.

Iniciativa Quantum Spain

En el caso de España se han invertido 60 millones de euros en Quantum Spain, coordinado por el Barcelona Supercomputing Center. El proyecto incluye:

• Instalación del primer ordenador cuántico del sur de Europa.
• Red de 25 nodos de investigación distribuidos por todo el país.
• Formación de talento cuántico en universidades españolas.
• Colaboración con el sector empresarial para casos de uso reales.

Esta iniciativa posiciona a España como hub cuántico del sur de Europa, crucial para no depender tecnológicamente de otras potencias.

Además, muy recientemente se ha presentado la Estrategia de Tecnologías Cuánticas de España con una inversión de 800 millones de euros. Esta estrategia se estructura en 4 objetivos estratégicos y 7 acciones prioritarias.

Objetivos estratégicos:

• Reforzar la I+D+I para favorecer la transferencia de conocimiento y facilitar que la investigación llegue al mercado.
• Crear un mercado español cuántico, fomentando el crecimiento y aparición de empresas cuánticas y su capacidad de acceder a capital y de satisfacer la demanda.
• Preparar a la sociedad para un cambio disruptivo, fomentando la seguridad y la reflexión sobre un nuevo derecho digital, la privacidad postcuántica.
• Consolidar el ecosistema cuántico de manera que traccione una visión de país.

Acciones prioritarias:

• Prioridad 1: Potenciar las empresas españolas en tecnologías cuánticas.
• Prioridad 2: Desarrollar la algoritmia y convergencia tecnológica entre IA y Cuántica.
• Prioridad 3: Posicionar a España cómo un referente en comunicaciones cuánticas.
• Prioridad 4: Demostrar el impacto de la sensórica y metrología cuántica.
• Prioridad 5: Garantizar la privacidad y confidencialidad de la información en el mundo post cuántico.
• Prioridad 6: Reforzar las capacidades: infraestructuras, investigación y talento.
• Prioridad 7: Desarrollar un ecosistema español cuántico sólido, coordinado y líder en la UE.