Qué estudiar para dedicarse a la computación cuántica
Formarse en computación cuántica es una apuesta ganadora. Lo es hoy, y sin duda lo será incluso de una forma aún más rotunda en el futuro. Actualmente las instituciones de investigación y algunas empresas compiten para captar el talento disponible. Y no abunda debido a que escasean las personas con la formación adecuada para dedicarse a la investigación, el desarrollo de herramientas o la integración de las soluciones cuánticas en el flujo de trabajo de las empresas que pueden beneficiarse de esta tecnología.
La computación cuántica ha avanzado mucho durante las últimas dos décadas, pero aún queda un camino largo por recorrer. Necesitamos cúbits de más calidad, sistemas de corrección de errores, nuevos algoritmos cuánticos y entornos de desarrollo más refinados, entre otros recursos necesarios para que esta disciplina continúe avanzando. Esto explica por qué es tan necesario el talento que tantas instituciones y empresas demandan.
Para conocer con precisión qué opciones tienen las personas que quieren formarse en tecnologías cuánticas con el propósito de acceder a este mercado tan atractivo hemos hablado con Juan José García Ripoll, un investigador del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) que desarrolla su actividad investigadora dentro del grupo de Información cuántica y fundamentos de teoría cuántica.
En el impresionante currículo de Juan José destaca especialmente su posdoctorado de casi cinco años en el prestigioso Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania), pero, como vais a comprobar a continuación, sus mayores cualidades son su capacidad didáctica y de concreción. Además, mantiene un contacto estrecho con los entornos académico y empresarial, por lo que puede ofrecernos una visión muy precisa del talento que realmente están demandando tanto las instituciones de investigación como las empresas que ya han apostado por la computación cuántica.
La formación en tecnologías cuánticas es cada vez más accesible
El camino que han seguido las personas que se dedican a la computación cuántica es diferente a la trayectoria por la que puede optar quien quiere adquirir hoy esta formación. De hecho, no hay un único camino para acceder a este mercado, por lo que cada persona puede seguir aquel que encaja mejor con sus aptitudes y su vocación. Juan José nos cuenta cuál ha sido la trayectoria que le ha permitido consolidarse como uno de los principales investigadores españoles en computación cuántica:
«Cuando yo estudié se puede decir que la computación cuántica no existía como concepto, o, al menos, era algo muy marginal. Empecé mi tesis en 1997, y en aquella época había artículos publicados, pero eran todavía de naturaleza especulativa y teórica al carecer de realizaciones experimentales sólidas y escalables», puntualiza.
«Yo entré en el mundo de la computación cuántica de una manera muy tangencial. Hice la tesis en el departamento de matemática aplicada trabajando en el estudio de sistemas cuánticos y en algún momento me focalicé más en el diseño de hardware cuántico para experimentos que estaban empezando a hacer en aquel momento. Ahí fue cuando la computación cuántica empezó a sonar como una promesa de futuro, entre los años 2001 y 2006», recuerda Juan José.
«En esa época ya empezaba a haber algunos cúbits, pero mucha gente aún creía que sería imposible construir un ordenador cuántico de más de tres o cuatro cúbits. Pensaban que no iba a funcionar nunca. La trayectoria que me ha traído hasta aquí es muy diferente a las que están disponibles ahora mismo», sostiene este investigador del CSIC.
«Mi formación viene del mundo de la física, por lo que he tenido que adquirir conocimientos del mundo de la computación. Me interesaba la programación, y además de los conocimientos de física que necesitaba para entender cómo funcionaba el hardware tuve que aprender las matemáticas que me permitirían comprender el álgebra de los sistemas cuánticos y en qué difieren de los sistemas de computación tradicionales».
«En mi opinión esta es una trayectoria poco eficaz. Poco eficiente. Ahora existe otra posibilidad: hacer directamente un máster en tecnologías cuánticas o en computación cuántica. Estamos hablando todavía de una formación muy especializada, por lo que no es algo que esté al alcance de un estudiante de Bachillerato para permitirle aprender y desarrollar su intuición», nos explica Juan José.
Y concluye esta parte de nuestra conversación recordándonos lo importante que es adquirir una base sólida en programación y algoritmia como preludio al aprendizaje de las tecnologías cuánticas: «Lo que debe hacer un estudiante joven es comenzar a estudiar fundamentos de computación. Por ejemplo, aprender Python u otro lenguaje de programación. Es importante aprender a programar bien ordenadores clásicos antes de lanzarse al mundo de la computación cuántica».
Los tres pilares de una formación sólida en computación cuántica son la mecánica cuántica, la matemática de los sistemas cuánticos y la algoritmia. Por esta razón es una buena idea acceder a esta especialidad desde las carreras de física, matemáticas e ingeniería en informática.
Estas tres carreras son un buen punto de partida, pero hace falta algo más
El primer paso de una persona que quiere iniciarse en computación cuántica no tiene necesariamente que llevarla a la universidad. Hay otras opciones más accesibles que también representan un punto de partida atractivo, como nos explica Juan José:
«Una persona con inquietudes en este campo hoy en día tiene varias trayectorias a su alcance. Aprender Qiskit (u otro sistema de programación de ordenadores cuánticos) es muy importante porque es esencial familiarizarse con los entornos de programación de algoritmos cuánticos que ya están disponibles, pero también puede leer libros y desarrollar su intuición acerca de cómo funciona el mundo cuántico».
«No obstante, para hacer contribuciones realmente útiles y llevar todo esto a las aplicaciones o la investigación tiene que tener una formación mínima que puede venir por el ámbito de la física y las matemáticas, que te pueden llevar hacia un máster en computación cuántica, o bien por el ámbito de la ingeniería en informática. En todo caso es necesario adquirir un conocimiento profundo de la algorítmica y de cómo se resuelven ahora mismo los problemas que queremos solucionar en los ordenadores cuánticos», nos explica este experto.
«Estas trayectorias son las más asequibles ahora mismo. Cada vez más personas siguen alguno de estos caminos, pero, aun así, seguimos teniendo dificultad para captar talento. Es muy difícil encontrar gente que tenga la especialización que necesitamos. A una persona que viene de la carrera de física le resulta más fácil aprender mecánica cuántica porque ya la ha estudiado en la carrera, pero tiene que familiarizarse con el mundo de la algorítmica; entender qué es un algoritmo, cuál es su complejidad y cómo se resuelven los problemas», sentencia Juan José.
Y prosigue su explicación haciendo hincapié en lo importante que es familiarizarse con la física cuántica: «Las personas que vienen del ámbito de la ingeniería en informática tienen el reto de saltar al mundo de la física y aprender mecánica cuántica. He dirigido tesis de máster a estudiantes de informática y hay una reticencia muy dura a aprender física cuántica. Y el problema es que si no aprendes física cuántica no vas a aprender computación cuántica. No vas a desarrollar la intuición necesaria para entender cómo funciona un ordenador cuántico».
«Cada algoritmo que desarrollamos es casi un trabajo de investigación»
«Por mucho que juegues con Python y con los algoritmos que ya están disponibles no vas a hacer una contribución muy útil. Para tener un conocimiento verdaderamente profundo de este mundo tienes que aprender mecánica cuántica y combinar ese conocimiento con el bagaje en informática necesario para saber cómo se hacen algoritmos», defiende Juan José.
«Sigue siendo un entorno de trabajo bastante duro porque el mundo de la computación cuántica no es como la programación convencional. Cada algoritmo que desarrollamos es casi un trabajo de investigación. Es un esfuerzo considerable y largo, pero es muy satisfactorio. Además, es un ámbito en el que la especialización está muy reconocida porque hay pocas personas que tienen la formación necesaria y este talento está muy buscado a nivel internacional».
Juan José desarrolla su actividad investigadora dentro del grupo de Información cuántica y fundamentos de teoría cuántica del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
«Las personas que ahora mismo han adquirido esa formación base en física e informática tienen por delante un futuro muy prometedor. Y es probable que más adelante todo se vuelva más tangible y más fácil de utilizar porque estarán disponibles más librerías y nuevas herramientas. Todavía no hay herramientas estandarizadas. Hay varios entornos de programación diferentes, como Qiskit o PennyLane, y también empresas emergentes que están creando front-ends para hacer flujos de trabajo y probar herramientas sin preocuparte mucho acerca de qué empresa te está entregando el ordenador cuántico. Pero todo esto aún no se ha consolidado», nos aclara Juan José.
«Quizá en unos cinco años tengamos una batería de problemas muy amplia preparada para ser resuelta por los ordenadores cuánticos»
«Los técnicos que tienen que enfrentarse a este tipo de software todavía tienen que tener un conocimiento razonable acerca del entorno cuántico y de cómo funcionan las herramientas que van a utilizar. Es posible que quizá en unos cinco años tengamos una batería de problemas muy amplia que ya esté preparada para que sea resuelta por los ordenadores cuánticos. Cuando llegue este momento esta tecnología será más ‘de consumo’. Una persona que sepa Python sabrá cómo integrar esas librerías de computación cuántica en su flujo de trabajo».
«A partir de ese momento es probable que no haga falta tener un conocimiento muy profundo en computación cuántica. Bastará sencillamente entender qué problemas son resolubles por ordenadores cuánticos, cómo tengo que reescribirlos para adaptarlos a este tipo de QPU (Quantum Processing Units), y, por último, cómo integrar este conocimiento en tu propio trabajo sin que medie una formación muy especializada. Es posible que con un curso de adaptación sea posible adquirir este conocimiento», vaticina este investigador utilizando un tono optimista.
En computación cuántica hay hueco más allá de la investigación
Desde fuera parece razonable asumir que ahora mismo todo el trabajo que se está llevando a cabo en el ámbito de la computación cuántica se aborda desde el prisma de la investigación, pero no es así. En este sector también tienen cabida las personas que buscan una salida no vinculada necesariamente a la investigación. Juan José nos explica qué otras opciones tenemos a nuestro alcance:
«Puedes empezar adquiriendo un conocimiento a nivel de consumidor no necesariamente técnico que te permita identificar qué algoritmos hay, en qué problemas se pueden utilizar, cómo se pueden transformar algunos problemas a este tipo de formulaciones y descubrir en qué entornos pueden aparecer los problemas que un ordenador cuántico puede resolver. Es una formación que no está vinculada necesariamente a la investigación, pero por el momento no existen programas especializados en ella», puntualiza.
«Utilizando Qiskit, participando en seminarios y viendo los vídeos que colocamos en internet algunas instituciones y empresas es posible familiarizarse con la computación cuántica a un nivel de consumidor. El problema es que como todavía no hay un marco de conocimiento homogéneo son pinceladas que no están muy estructuradas. Los recursos que actualmente están mejor consolidados están disponibles en los másteres especializados, y son atractivos también para quien no va a dedicarse a la investigación», defiende Juan José con convicción.
Hay una enorme demanda de talento, y en el futuro habrá aún más
En la comunidad científica hay algunas voces críticas que ponen en tela de juicio la viabilidad futura de los ordenadores cuánticos, como el matemático israelí Gil Kalai, pero esta disciplina cuenta con más defensores que detractores. De hecho, desde fuera da la sensación de que los primeros son muy superiores en número. Juan José está convencido del estupendo porvenir que tienen las personas que han adquirido la formación en computación cuántica adecuada, y lo defiende con la visión que tiene alguien involucrado de lleno en este sector desde hace muchos años:
«Cuando hablamos de investigación pensamos enseguida en el mundo de la academia, pero también se hace mucha investigación en computación cuántica en grandes compañías y empresas emergentes. Estas organizaciones se nutren del tipo de recursos humanos que nosotros estamos buscando, que son equipos mixtos de informáticos, físicos y matemáticos que trabajan de forma conjunta para desarrollar más las herramientas y los algoritmos disponibles».
«Estas empresas pagan muy bien y compiten con las instituciones de investigación como la nuestra para captar este tipo de talento. No obstante, hay un tipo más de consumidores de esta tecnología: las empresas financieras, de logística o las consultoras, entre otras. No están interesadas en desarrollar nuevos algoritmos, sino integrar las tecnologías cuánticas en sus flujos de trabajo», asegura Juan José.
Los procesadores cuánticos más avanzados, como el Bristlecone de Google, tienen varias decenas de cúbits. A medida que los investigadores consigan incrementar la calidad de los bits cuánticos podrán integrar más en los ordenadores cuánticos que llegarán en el futuro.
«Estas empresas también se están nutriendo de los estudiantes de los másteres en computación cuántica que proceden de las tres carreras de las que hemos hablado porque la adaptación es muy inmediata. Con un pequeño complemento más se pueden integrar en un grupo de trabajo como el que ya tiene Accenture o los que ha creado el BBVA, entre otras empresas. No es solo investigación; es integración o consumo de una tecnología, pero si tienes una persona que sabe entender la investigación es más fácil abordar esta transición».
Por último, Juan José no cree que sea una buena idea diseñar una carrera para formar específicamente en computación cuántica a los futuros alumnos. El perfil de estas personas debe ser multidisciplinar. Tiene que garantizar una base muy sólida en programación y algoritmia, y también en mecánica cuántica y en los fundamentos matemáticos que sustentan el álgebra de los sistemas cuánticos:
«No preveo una carrera dedicada específicamente a la computación cuántica en el futuro de igual forma que no hay carreras dedicadas exclusivamente a programar en C, C++, páginas web o bases de datos. Lo que preveo es una especialización muy interesante para las personas que tienen la capacidad de abstracción necesaria para dominar la computación cuántica», vaticina Juan José como colofón a nuestra conversación.
Imagen de portada | Christina Morillo
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La noticia
Qué estudiar para dedicarse a la computación cuántica
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Juan Carlos López
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