La Inteligencia Artificial Cuántica –IA Cuántica– se define como un campo emergente de la tecnología que combina la potencia de la computación cuántica con funciones de inteligencia artificial.
Su objetivo no es otro que desarrollar sistemas más eficientes y rápidos para resolver problemas complejos que hasta ahora no lo han conseguido la computación tradicional.
Desde el punto de vista técnico, se enfoca en construir algoritmos cuánticos para mejorar las tareas de computación mediante IA.
Incorpora algunas técnicas de la mecánica cuántica para realizar cálculos que aventajan a los algoritmos clásicos utilizados por la IA.
El potencial de la IA Cuántica ya está siendo investigado para aplicarse en diversos campos como medicina, logística o finanzas
Aunque actualmente se encuentra en una fase de primeros desarrollos, el potencial de la IA Cuántica ya está siendo investigado para aplicarse en diversos campos como medicina, logística o finanzas.
Gracias a su inteligente sistema permite aplicarse en el lenguaje natural, el aprendizaje automático, en la toma de decisiones y en redes neuronales cuánticas.
Es por ello por lo que la Inteligencia Artificial Cuántica transformará las formas de trabajo y las estrategias de negocio de las organizaciones, impulsando nuevos progresos con mayor rapidez y eficiencia.
Índice de temas
En qué consiste la IA Cuántica
Fundamentalmente se basa en los principios de superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico afín de desarrollar una computación más avanzada.
Los expertos aseguran que puede llegar a almacenar muchos más estados por unidad de información y operar con algoritmos numéricos mucho más eficaces. En la IA cuántica surge el concepto qubit o qbit, una unidad básica de medida de información en vez del habitual bit.
Admite la superposición de números unos y ceros, es decir, los dígitos del sistema binario en el que se basa la informática, diferenciándose del bit tradicional que solamente puede adoptar un único valor al mismo tiempo: o cero o uno. Esto permite realizar operaciones mucho más complejas y a una velocidad superior.
Los ordenadores y computadoras cuánticas con estos procesadores pueden revolucionar la informática ya que obtienen ventaja de la física cuántica, por lo que pueden dar con soluciones a cuestiones no halladas hasta la fecha y adentrarse en nuevas investigaciones científicas.
Breve historia de su camino
Hablar de física cuántica en informática no es algo reciente. Ya en 1985 el físico israelí David Deutsch manejó el concepto de ‘Máquina de Turing Cuántica‘, un modelo teórico de computación que se adentraba en la utilización de qubits en vez de bits.
Algo más tarde, el matemático norteamericano Peter Shor, en 1994, continuó en este campo para demostrar que una máquina de Turing cuántica podía factorizar números enteros grandes en tiempo polinomial, cosa que supondría una amenaza para la criptografía actual.
Además del hardware, es decir, ordenadores cuánticos, los ingenieros especializados están creando desde entonces, definiendo y perfeccionando, nuevos entornos que proporcionen a los investigadores las herramientas y recursos de desarrollo necesarios para diseñar, simular y ejecutar algoritmos de IA cuántica.
Relación entre la Computación Cuántica y la Inteligencia Artificial
La aplicación de la computación cuántica en el desarrollo de la IA está creando una nueva era para la tecnología.
La inteligencia artificial ya nos demuestra su capacidad de superar los límites de la computación tradicional, mientras que la computación cuántica se presenta como un cambio de paradigma.
La integración de la computación cuántica en futuros sistemas de IA mejorados puede abrir nuevos horizontes para el cómputo, los algoritmos y las capacidades de resolución de problemas
Unidos, permiten posibilidades casi ilimitadas para innumerables industrias como la farmacéutica, la ciencia de los datos, las finanzas o la ciencia en general dentro de la investigación avanzada.
Los expertos aseguran que la integración de la computación cuántica en futuros sistemas de IA mejorados puede abrir nuevos horizontes para el cómputo, los algoritmos y las capacidades de resolución de problemas.
Es por todo ello que consideran a la IA cuántica un elemento fundamental para superar los obstáculos más desafiantes de la humanidad.
Aunque la IA ha evolucionado enormemente en los últimos años, se basa en modelos matemáticos y estadísticos que pueden no ser adecuados para capturar la complejidad y la incertidumbre del mundo físico. Por eso, la IA cuántica viene a tomar aquí el protagonismo.
La relación entre ambas tecnologías permitirá alcanzar la supremacía cuántica creando nuevas aplicaciones y servicios, a la vez que favorecerá el desarrollo de la IA híbrida, integrando IA clásica y la IA cuántica, para aprovechar sus beneficios.
La IA Cuántica contribuirá a la expansión de la red cuántica a través de canales de infraestructuras cuánticas, como fotones, los satélites o las fibras ópticas
Algunos proyectos que hoy son una realidad en este aspecto son los de Qiskit, TensorFlow Quantum o Amazon Braket, que han conseguido ofrecer soluciones más versátiles mediante IA cuántica.
Además, contribuirá a la expansión de la red cuántica a través de canales de infraestructuras cuánticas, como fotones, los satélites o las fibras ópticas. Esta red ya es operativa en países como China y Estados Unidos, o incluso la Unión Europea, donde se empiezan a compartir servicio y aplicaciones de IA cuántica a gran escala.
Los algoritmos cuánticos y la IA: algoritmo de Grover y otros
Los algoritmos cuánticos se ejecutan dentro del entorno cuántico y permiten a un ordenador cuántico explorar múltiples soluciones a un problema al mismo tiempo, en lugar de evaluar cada posible solución de manera secuencial como lo haría un sistema clásico.
Algunos de los algoritmos más conocidos son el de Grover, que permite buscar un elemento en una lista no ordenada con una complejidad cuadrática menor que la clásica, o el algoritmo de Shor, orientado a factorizar números enteros grandes con una complejidad menor que la clásica.
Lov Grover revolucionó en los noventa la manera de realizar búsquedas de bases de datos no estructuradas al formular su algoritmo; cada elemento de la base de datos se representa como un estado cuántico, una superposición que procesa todas las entradas al mismo tiempo.
Y, gracias a la interferencia, tras procesar los datos se aumenta la posibilidad de encontrar el estado deseado. Su poder es tal que ya se utiliza en el criptoanálisis, la optimización de problemas o en la simulación de sistemas físicos.
Por su parte, y en esa misma década Peter Shor, profesor de Matemáticas del MIT, creó un algoritmo cuántico para generar factores primos de números grandes de forma mucho más eficaz que los ordenadores clásicos.
Se considera que el algoritmo de Shor es uno de los algoritmos de computación cuántica más difíciles conocidos hasta la fecha y solamente puede realizarse en un ordenador cuántico.
También es responsable de buena parte de la atención que se le ha dedicado a la computación cuántica, y en especial por su aportación a la criptografía.
Diferencias entre la IA Cuántica y otros tipos de IA
Como vemos, la IA Cuántica tiene diferencias notables con la IA tradicional.
Esta permite simular a la inteligencia humana y sus capacidades de resolución de problemas, abarcando el aprendizaje automático y el profundo mediante algoritmos modelados a partir de toma de decisiones que aprende del cerebro humano.
Hoy en día, la IA generativa puede aprender y replicar no solo el lenguaje, sino también otros tipos de datos, como imágenes, videos, códigos de software e incluso estructuras moleculares.
Por su parte, la IA Cuántica representa un potenciador exponencial de la IA por su capacidad de conseguir mayores velocidades de procesamiento y resolución.
La IA Cuántica reduce el tiempo de entrenamiento de los LLM de semanas a horas para crear de forma instantánea nuevos asistentes de IA altamente especializados
Aunque todavía se está valorando su potencial para la vida diaria, algunas consultoras ya predicen que podría aumentar el PIB global en un 7% para 2033.
Y es que la IA Cuántica reduce el tiempo de entrenamiento de los LLM de semanas a horas para crear de forma instantánea nuevos asistentes de IA altamente especializados en diferentes temas complejos, técnicos o incluso experimentales.
Cómo funciona la IA Cuántica: impacto
Los ordenadores cuánticos, a diferencia de las computadoras tradicionales, son extremadamente sensibles; necesitan unas condiciones concretas de presión, temperatura y aislamiento para que puedan funcionar correctamente.
Si interactúan con partículas externas provoca fallos y errores, así como la eliminación de los estados superpuestos. Todas las precauciones a la hora de utilizarse son pocas por lo que suelen estar en cámaras bien cerradas.
Necesitan una presión atmosférica próxima al cero absoluto, es decir, -273 grados C, y estar aislados del campo magnético terrestre para evitar que haya colisión de átomos o puedan interactuar con el entorno.
Una vez establecidas las condiciones ambientales, los qubits realizan los cálculos más complejos hasta ahora conocidos a velocidades ultrarrápidas, a fin de conseguir avances en todas las disciplinas científicas: pueden simular fenómenos cuánticos complejos llevando a avances fundamentales en nuestra comprensión de la medicina, la biología, farmacia, finanzas, y otras áreas que beneficiarán significativamente a la Humanidad.
Ventajas de la IA Cuántica
Los beneficios que aporta la inteligencia artificial cuántica parecen ser infinitos. Su capacidad de procesamiento avanzado, junto a la resolución de problemas complejos y la innovación científica, destacan como algunas de sus ventajas principales.
Nuestro país ya se ha sumado a esta revolucionaria tecnología a través del proyecto Quantum Spain, una iniciativa europea financiada por fondos Next Generation, a la vez que colabora con diferentes países de nuestro entorno fronterizo en el desarrollo y despliegue de tecnologías cuánticas.
Además de las áreas anteriormente citadas, la IA Cuántica es fundamental para una amplia gama de industrias que pueden aprovechar favorablemente sus ventajas:
Criptografía y Seguridad
Los ordenadores cuánticos pueden cambiar los sistemas criptográficos que en la actualidad protegen los datos digitales, pero también pueden utilizarse para crear nuevos sistemas criptográficos más seguros frente a los ataques cuánticos.
Los algoritmos de machine learning pueden analizar y diseñar nuevas posibilidades de seguridad de la información en la nueva era de la computación cuántica
Optimización de Procesos
Muchas industrian se basan en la optimización para ser más competitivos. Por ejemplo, la entrega y distribución de productos más rápida, la gestión eficiente de los recursos o la planificación más inteligente de las operaciones.
Los algoritmos cuánticos de optimización ofrecen soluciones mucho más beneficiosas que los métodos actuales, lo que redunda en ahorros significativos de tiempo y de recursos.
Simulaciones científicas
Por su alto poder de procesamiento, es una tecnología innovadora en la realización de simulaciones cuánticas.
Puede reproducir, por ejemplo, sistemas moleculares complejos que los sistemas actuales no han conseguido, una práctica que daría con nuevos materiales más evolucionados y con propiedades avanzadas o medicamentos más específicos para la curación de enfermedades.
Aplicaciones de la IA Cuántica
Con mayores posibilidades de utilización que la IA generativa, la inteligencia artificial basada en la física cuántica ofrece un sinfín de aplicaciones para la sociedad y las empresas.
Así, en medicina, los investigadores la aplican para modelar la biología molecular y conseguir nuevos tratamientos para las enfermedades.
En el ámbito farmacéutico, el diseño de nuevos fármacos ya es una capacidad conseguida por la nueva tecnología para personalizar tratamientos y obtener mejores resultados curativos.
Como la IA cuántica permite encontrar patrones y predecir modelos mediante su capacidad de gestionar grandes volúmenes de datos complejos, es ideal para el sector de las finanzas.
La IA cuántica ayuda al sector finanzas en protocolos orientados a criptografía y criptomonedas para lograr nuevos avances en torno a su seguridad
Esta habilidad facilita el desarrollo de nuevas e innovadoras plataformas comerciales a partir de las carteras comerciales de más éxito y de esta forma dinamizar las inversiones para alcanzar mayores ganancias.
Es importante resaltar cómo la IA cuántica ayuda a este sector en protocolos de ciberseguridad orientados a criptografía y criptomonedas para lograr nuevos avances en torno a su seguridad.
Otros campos como la logística y la distribución también se benefician de sus habilidades. Es tal su amplitud de posibles investigaciones que también está siendo aplicada a la climatología para poder encontrar nuevos modelos que simplifiquen la complejidad del mundo natural.
Gracias a la IA cuántica, pueden mejorarse los modelos de predicción y pronóstico que permitan conocer mejor la evolución climatológica y así evitar desastres, o bien para proyectos más eficaces en la reducción de la huella de carbono y establecer nuevas tecnologías que favorezcan la ecología.
Desafíos de la IA Cuántica. Tendencias de futuro
La IA cuántica va abriendo puertas a nuevos caminos de la ciencia. Al fusionar dos de las tecnologías más avanzadas de nuestros días, cuenta con todos los factores para ser un estímulo a la evolución de la humanidad dando paso a nuevas oportunidades para la ciencia, la industria y la sociedad en general.
Si bien tampoco se libra de afrontar algunos retos, como éticos, que con el tiempo deberán regularse para una correcta utilización.
Igualmente, al estar basada en teorías de la mecánica cuántica, podrá estar sujeta a modificaciones en el futuro según avancen los descubrimientos científicos.
Con todo ello se prevé que la inteligencia artificial cuántica contribuirá a transformar las metodologías de trabajo y las estrategias de negocio de las organizaciones, mejorando la eficiencia e impulsando la innovación.
La misma Comisión Europea asegura que esta nueva tecnología mejorará la experiencia humana y cambiará el mundo de maneras aún inimaginables.
No obstante, aún queda mucho por investigar por lo que la formación y el talento serán imprescindibles para la continuidad y puesta sobre el terreno de la IA cuántica.
