Nous temps quàntics
Amb el projecte de la Vall de la Quàntica, Catalunya cerca ser un pol tecnològic de referència
El nou ecosistema involucra administracions, empreses, universitats i centres tecnològics
Ja estem travessant el llindar que ens duu a la segona revolució quàntica, i el desenvolupament de coneixement tecnològic tindrà la seva conseqüència econòmica. Catalunya, a través del projecte Vall de la Quàntica, un clúster científic en què estan involucrats empreses, universitats, centres de recerca, infraestructures de computació i administracions, vol tenir el seu paper en un sector que, en termes de mercat, el 2030 podria arribar a moure 115.500 milions d’euros, en un gran concert global en què la Unió Europea, i Catalunya, vol ser generador de coneixement i no pas un simple usuari.
La nova anella quàntica catalana neix impulsada amb una inversió inicial de la Generalitat de 5,5 milions d’euros, amb la previsió d’arribar als 43 milions en el termini de cinc anys.
Si la primera revolució quàntica, la comprensió de com funciona la matèria a escala subatòmica, va ser transcendental perquè es fessin realitat avenços tecnològics com el GPS, el làser o els transistors dels dispositius electrònics, ara ens enfrontem a un nou canvi de paradigma, en què la tecnologia quàntica portarà la capacitat de computació fins a límits impensables, les comunicacions seran més segures, amb sistemes criptogràfics indesxifrables, i hi haurà troballes disruptives en mobilitat, per fer-la més sostenible i eficient, i en el disseny de fàrmacs. A més de tenir capacitat de resoldre problemes computacionals més ràpidament mitjançant els fenòmens quàntics que es trobin en logística, també serem capaços d’escometre problemes de factorització o models financers complexos, per posar uns exemples.
El projecte el lidera l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO). El seu director fundador, Lluís Torner, considera que “la Vall de la Quàntica té per objectiu posar a tothom a treballar en sincronia: administracions públiques, empreses, universitats, centres de recerca. Volem anar més lluny que la simple recerca, i en aplegar en un programa conjunt els que creen coneixement, els formadors, les empreses que són al mercat, serà més senzill atreure finançament que no a través de projectes de dimensions reduïdes. Desplegar tecnologia al territori atreu finançament”. La iniciativa catalana s’inscriu en els esforços de la UE per esdevenir referència en el desplegament d’aquestes tecnologies. Amb un total de 7.200 milions d’euros, tot combinant inversió provinent de Brussel·les i la de cada estat, la UE és el segon inversor públic del món en tecnologies quàntiques. A més, la UE té la concentració més alta de talent en tecnologia quàntica del món i ocupa el segon lloc en programes universitaris d’aquest àmbit científic. Hom no pot negar que la UE té molt clara la importància estratègica de la tecnologia quàntica, i en dona fe el programa Quantum Flagship, dotat amb 1.000 milions de dòlars per invertir en diferents àrees estratègiques. La Vall de la Quàntica, com reconeix Lluís Torner, s’emmiralla en models com el Munich Quantum Valley, “fruit de la forta aposta del govern alemany, amb 3.000 milions d’inversió, en un país amb molta tradició en aquest camp”, i el Quantum Delta dels Països Baixos, en què s’hi han abocat 600 milions.
Els agents del sector frisen per arribar aviat al moment en què la tecnologia quàntica s’escampi arreu i assoleixi allò que s’anomena supremacia quàntica, però potser cal ser pacients. En el camp de la computació quàntica, per exemple, la inversió del capital risc mundial està per sota de l’1%. I és que regna la incertesa sobre una tecnologia que encara ha d’esclarir el seu model comercial, cosa que li fa difícil competir amb altres opcions d’inversió, com ara la intel·ligència artificial (IA). Com diu Torner, “era previst que el capital privat trigués a apostar-hi, perquè és una tecnologia emergent, amb només alguns exemples d’aplicació pràctica. Però és estratègica, i si en 10 anys la UE vol tenir aplicacions com sensors mèdics quàntics o xips quàntics, per esmentar dos exemples, ha de començar ara a esmerçar-hi recursos, si no vol quedar relegada a una simple compradora de tecnologia forana”. Torner destaca el protagonisme que ja han aconseguit al mercat, en el camp de la ciberseguretat quàntica, firmes com LuxQuanta o Quside. “Com que la quàntica és molt transversal i incideix en tecnologies diverses, hi ha molts àmbits en què les empreses catalanes poden mostrar el seu potencial.”
La computació quàntica serà un servei fonamental per a tota mena d’empreses i vindrà a càrrec de centres tecnològics com Eurecat, que compta amb un equip d’experts en computació quàntica que ofereix solucions de programari. Com diu Joan Mas, director científic de tecnologies digitals d’Eurecat, “el 2021, quan ja la quàntica havia fet un cert recorregut, vam començar a treballar en programació en entorn quàntic”. Adan Garriga, investigador principal de la línia de recerca de computació quàntica, afegeix: “Estem treballant amb empreses que ja es dediquen a la quàntica, que comptem amb departaments especialitzats o que desenvolupen hardware, però ja hem començat a col·laborar amb sectors: estem treballant en un projecte d’observació de la Terra en què processem a través de la computació quàntica imatge per satèl·lit. En un altre cas, treballem en l’optimització dels consums en les xarxes de distribució d’energia. En salut, estem en un projecte d’optimització de la sala d’operacions, en què es fa una logística que inclou el pacient, el personal mèdic i el material. També treballem com els algoritmes s’adapten als ordinadors quàntics.”
Per a Joan Mas, “la generalització de la computació quàntica a les diverses indústries és encara llunyana, perquè el hardware encara s’està desenvolupant. Quan estigui a l’abast de les grans empreses, es podran fer molts serveis dels del núvol. Les empreses han llançat el missatge que cap al 2030-2035 volen tenir sistemes resistents a la computació quàntica”. Quant a aquesta possibilitat d’una hegemonia quàntica, Garriga creu que “la quàntica no ho serà, es tendirà a tecnologies híbrides; ja veiem com unitats de processament quàntic s’integren en superordinadors convencionals. La hibridació també es veu amb la IA: de fet, la quàntica accelera la IA, els algoritmes quàntics la dopen. Els grans sistemes d’IA necessitaran computadors quàntics, no només per al tractament de dades, sinó també per guanyar en eficiència energètica”.
A la Vall de la Quàntica hi trobem feinejant centres de recerca i tecnològics, com ICFO, BSC-CNS, Eurecat, CNM, i2cat, ICN2, IFAE i les tres grans universitats públiques, UAB, UB i UPC. A la Politècnica hi podem trobar actualment més d’un centenar d’investigadors que conreen el gran camp de solucions innovadores que ofereixen les tecnologies quàntiques. Un d’ells és Sergi Abadal, involucrat en el projecte WINC, per dissenyar una nova generació de processadors més ràpids i eficients, amb sistemes de comunicació sense fil i informàtica quàntica. Abadal celebra que s’hagi construït un ecosistema com la Vall de la Quàntica: “És molt positiu, normalment ens hem de buscar la vida a la UE perquè ens arribin en comptagotes recursos per fer recerca, i aquest projecte pot garantir un finançament important i donar tranquil·litat als projectes quàntics.” Segons la seva opinió, l’estat actual de la recerca en tecnologia quàntica és que “s’està comprovant que les promeses teòriques en computació quàntica o comunicació es poden complir, tot i que per prosperar del tot encara falten uns anys”. A la UPC tenim, entre altres, projectes com Quadrature, que estudia com aconseguir computadors quàntics capaços d’abordar qualsevol problema del món real, i Cotton, que abasta els riscos de seguretat que plantejaran els ordinadors quàntics, i fa recerca sobre nous algorismes criptogràfics capaços de resistir les amenaces a la confidencialitat de la informació. Un altre àmbit de la quàntica és la comunicació, i el projecte Allegro desenvolupa una solució innovadora de xarxa òptica per a xarxes mòbils més enllà de 5G i 6G.
Es busquen especialistes
Quant a la formació en quàntica, ens trobem, com diu Sergi Abadal, que “aquestes tecnologies necessiten una barreja d’experteses. Si tens formació només en física, et manca coneixement en programació, i a l’inrevés. Així doncs, potser caldria reforçar l’especialització”. Considera que una titulació de grau com el màster en ciència i tecnologia quàntica, en què participen les tres universitats i diversos centre tecnològics, “està bé, però potser no satisfà les necessitats de professionals del sector, si tenim en compte que només en surten quaranta cada any amb aquesta titulació. En aquest sentit, caldria destinar més diners al vessant formatiu, perquè hi hagi com més va més especialistes”.
Per a Maria Dolors Núñez, líder de l’equip d’anàlisi i detecció d’oportunitats tecnològiques a Acció, “és clar que les tecnologies quàntiques, en els seus diversos camps d’aplicació, com comunicació, computació, simulació o sensòrica i metrologia, estan en un moment dolç, amb l’aparició de nous desenvolupaments, però la seva eclosió definitiva no tindrà lloc a curt termini, més aviat a mitjà”. Del 2020 ençà, a totes les economies del món “hi ha hagut la necessitat de dotar-se d’una estratègia en quàntica, pel seu gran impacte en àmbits com per exemple la seguretat en la transmissió d’informació, però també en la ciència de nous materials o en el disseny de nous fàrmacs, etcètera. Tot això l’ha convertit en un hype”. Però, és clar, una tendència, per arrelar, s’ha de nodrir de recursos financers. “El finançament és un factor important, sí, i ja n’arriba de la Quantum FlagShip, la iniciativa de la UE, però jo crec que, més que captar diners, el que li cal al sector és que els projectes de recerca aterrin en noves iniciatives empresarials; a banda de les que ja hi ha, cal que apareguin noves start ups i empreses auxiliars, perquè això serà el que atraurà capital.”
Com passa en altres àmbits tecnològics d’elevat valor afegit, no és senzill fer que romanguin a casa nostra els professionals més talentosos. “Retenir el talent és gairebé un problema irresoluble, ens hem de consolar veient com grans professionals catalans, molt ben formats aquí, treballen per a empreses d’arreu, que paguen millors sous.” En aquest sentit, “la Vall de la Quàntica pot ser un pol d’atracció d’empreses grans i retenir professionals, en visibilitzar que s’estan fent coses, que s’enforteix la generació de coneixement i apareixen empreses a tota la cadena de valor”.
Dins de les expectatives que ha generat la quàntica, no podem deixar en un racó els riscos, com alerta Andrea G. Rodríguez, analista de polítiques digitals a l’European Policy Center (EPC), amb seu a Brussel·les, i antiga investigadora del Cidob: “L’any 2026, els ordinadors quàntics, malgrat que encara es troben en fase experimental, podrien desxifrar un de cada set sistemes criptogràfics de clau pública, i la xifra arriba al 50% el 2031.” A més a més, en la seva convergència amb la IA, la quàntica, “tot i oferir una millor informació per elaborar polítiques en àmbits com ara la prevenció de desastres naturals, també pot tenir un impacte en les activitats d’enginyeria social i en la difusió de la desinformació”.
Això explicaria en bona part l’interès estratègic de la quàntica de la UE, que no pot deixar d’observar amb certa inquietud els que s’erigeixen en els seus competidors. D’una banda, els EUA, amb un ecosistema prou dinàmic per beneficiar-se de la inversió privada, i és per això que acull gairebé el 30% de les empreses emergents dedicades a les tecnologies quàntiques. De l’altra tenim la Xina, que amb 15.300 milions de dòlars de finançament governamental és a hores d’ara el principal inversor en aquestes tecnologies, i com a demostració, ha estat capaç d’establir un canal de comunicació via satèl·lit mitjançant la distribució de claus quàntica (QKD) que comunica Pequín amb Sud-àfrica.
Com en moltes altres polítiques que caldria mancomunar, en matèria de tecnologia quàntica a la UE hi ha punts de vista oposats, “entre els internacionalistes, com ara Dinamarca, oberts a col·laborar amb països no comunitaris, i els europeistes, amb França al capdavant, que tenen dubtes a compartir recursos amb països que no són membres de la UE”. Aquesta desunió ha fet que “el mercat quàntic europeu tingui dificultats a accedir al finançament privat, i així veiem que, davant les dificultats per créixer, sovint es traslladen als EUA, tot i ser la UE una de les regions que ha creat més empreses en aquest sector”.
És per això que, segons l’opinió d’Andrea G. Rodríguez, la UE ha de “donar prioritat a la coordinació anticipada, la direcció estratègica i la inversió en innovació quàntica, si vol influir en el panorama regulador mundial, i unir forces amb països afins per establir estàndards internacionals en el sector”.
A més a més, i no és una qüestió menor, “una col·laboració més estreta entre les diferents comunitats tecnològiques pot ajudar la UE a crear marcs responsables de desenvolupament de la tecnologia quàntica, amb parts interessades capaces d’identificar anticipadament problemes ètics”.
El BSC, una de les pedres angulars del projecte quàntic
Gràcies a l’allotjament del primer ordinador quàntic desenvolupat amb tecnologia totalment europea, el Barcelona Supercomputing Center (BSC) reforça el seu paper de far europeu de la supercomputació i obre la porta a l’era de la computació híbrida, que és la combinació de la computació tradicional i la quàntica. Com explica l’investigador de la UPC Sergi Abadal, “al BSC hi haurà l’oportunitat d’integrar els dos mons, i això pot atreure finançament de projectes i talent”.
El nou ordinador quàntic s’integrarà al MareNostrum 5, un dels supercomputadors més avançats del món. Com explica Lluís Torner, director de l’ICFO, “si bé l’ordinador quàntic que ara allotja el BSC és de dimensions reduïdes, amb una capacitat de més de 10 qbits físics que podran augmentar amb el temps, servirà perquè els investigadors s’hi familiaritzin i estiguin preparats per a quan hi hagi grans ordinadors quàntics”.
Qilimanjaro
Fundada el 2019 com a ‘spin off’ de la Universitat de Barcelona, BSC-CNS i IFAE, a Barcelona Quantum Tech li ha correspost liderar, amb GMV, el projecte Quantum Spain, el desenvolupament d’un ordinador quàntic al BSC-CNS, el primer europeu al cent per cent, que s’integrarà a la supercomputadora MareNostrum 5. L’empresa ha estat a l’avantguarda en el disseny d’ordinadors quàntics i xips quàntics d’alta precisió. La seva ambició és tenir la capacitat d’oferir vestits a mida en tecnologia quàntica, des de proveïdors de programa fins a ordinadors. Qilimanjaro es troba ara mateix en una fase d’expansió en què tant pot oferir als seus clients ordinadors quàntics basats en bits quàntics per a aplicacions personalitzades per a cada necessitat, com prestar els seus serveis des del núvol. L’empresa presenta un model de subscripció als seus clients, atès que el cost d’un ordinador a mida pot ser realment elevat i pot costar d’1 a 5 milions d’euros.
L’any passat va tancar dues rondes d’inversió, la primera de les quals va pujar a un valor d’entre 7 i 10 milions d’euros. Amb Marta P. Estarellas com a CEO, Qilimanjaro va ser fundada pel grup d’investigadors format per Pol Forn, Víctor Canivell, José Ignacio Latorre, Jordi Blasco i Artur García Sáez.
GMV
Aquest grup tecnològic fundat el 1984 divideix els seus interessos en diversos camps. És coordinador del projecte CUCO, una iniciativa que des del 2021 ha marcat una fita en la computació quàntica a nivell empresarial i que té com a objectiu l’impuls del desenvolupament d’algoritmes quàntics i la seva aplicació en diversos sectors clau de l’economia. Un dels camps en què està treballant és l’observació de la Terra. Mitjançant la integració de tècniques de ‘machine learning’ i optimització quàntica, està investigant l’optimització de la presa d’imatges de satèl·lit, per millorar la planificació de missions, o la predicció a curt termini de la velocitat i la direcció del vent en àrees estratègiques. GMV ha estat el soci de Qilimanjaro en la construcció del nou ordinador quàntic del Barcelona Supercomputing Center-Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS), que s’integrarà al MareNostrum 5, el supercomputador més potent de l’Estat i uns dels més avançats d’arreu. Amb seus a 12 països, aquest grup, que factura 384 milions d’euros i compta amb 3.300 empleats, disposa del nivell 5 de CMMI, el model més prestigiós del món pel que fa a la millora de la capacitat dels processos de desenvolupament de programari.
LuxQuanta
A l’edició d’enguany del Mobile World Congress, LuxQuanta, una ‘spin off’ de l’ICFO de l’any 2021, tot exercint de pioner europeu en criptografia quàntica, va anunciar el llançament de la segona generació del seu sistema de distribució de claus quàntiques variables contínues (CV-QKD, d’acord amb les seves sigles en anglès), Nova LQ, en què es distribueixen de manera segura claus criptogràfiques simètriques entre dues ubicacions sense dependre d’algorismes matemàtics. El senyal quàntic, transmès a través de la fibra òptica estàndard, transporta la informació necessària per generar claus criptogràfiques. Justament, LuxQuanta, que encapçala la seva CEO, Vanesa Díaz, ha estat el proveïdor tecnològic, en col·laboració amb QoolNet i Fortinet, del projecte empès per Telefónica i el grup sanitari Vithas per assegurar les comunicacions entre dos centres sanitaris de Madrid mitjançant aquest nou sistema CV-QKD, Nova LQ.
LuxQuanta ha liderat darrerament, des de Catalunya estant, el projecte Quarter, impulsat per la UE, que es proposa desplegar una xarxa de seguretat quàntica per protegir les comunicacions al continent. En aquest consorci també hi ha Telefónica, Thales, Chilas, Quside i Cipherbit.
Quside
‘Spin off’ de l’ICFO, aquesta empresa de tecnologia quàntica ofereix solucions d’aleatorietat avançada per als mercats de ciberseguretat i computació d’alt rendiment. L’empresa ha llançat diversos productes innovadors, com ara el QN 100, el xip semiconductor d’entropia quàntica més ràpid del mercat, o l’RPU, la primera unitat de processament d’aleatorietat del món, que s’ofereix a Amazon Web Services. Després que el 2023 tanqués amb èxit una ronda de finançament de 10 milions d’euros, l’empresa que té Carlos Abellán, cofundador i CEO, com a cap visible, es troba en un procés d’internacionalització i d’acceleració de l’entrada al mercat de la seva línia de productes per a la generació quàntica de números aleatoris (QRNG), que ha estat actualitzada per tenir una velocitat d’un gigabit per segon. Quside treballa habitualment amb grans empreses, com Telefónica, Juniper, EY o Qrypt. Amb Telefónica i Idemia ha llançat la tecnologia Quantum-Safe, que ofereix un protocol criptogràfic que permet el desplegament sense necessitat de canvis de maquinari per aconseguir una connectivitat més segura i un càlcul més eficient en els dispositius d’internet de les coses. Actualment, l’equip de Quside depassa la cinquantena de persones.