Por Juan Antonio García, Senior Platform Business Solutions Engineer, Fujitsu España.
Las tecnologías cuánticas han generado un interés y expectativas superior a otras tecnologías emergentes del pasado. Esto esta provocando una brecha sustancial en las habilidades y conocimientos de los profesionales que se acercan a estas tecnologías, que puede provocar, a medio o largo plazo, un significativo deficit de personal cualificado, ya no sólo desde el enfoque de desarrollo HW y/o SW, sino en la adminitración, operación y mantenimiento de las infraestructuras basadas, o de inspiración, en la tecnología cuántica.
El nuevo paradigma de la tecnología cuántica
Han pasado poco más de 20 años desde que el profesor Richard Feynman propuso el diseño de un computador cuántico, hasta que se ha convertido en una realidad que cada día está más cerca de poder aplicarse a la resolución de problemas reales, complejos o irresolubles con tecnologías convencionales de la era digital. Pese a que no cabe duda de que estamos inmersos en una burbuja de expectativas, lo cierto es que no cabe duda de que el potencial de esta tecnología es de una relevancia muy significativa en múltiples dominios de la ciencia, industria y sociedad. De lo que no cabe duda es que, del mismo modo que ha pasado en el dominio de la
bioinformática y, con más relevancia, en el dominio de la Inteligencia Artificial (concretamente en el ámbito del aprendizaje automático y profundo), hay un riesgo muy patente de que la tecnología avance a un ritmo mucho mayor que los esfuerzos formativos para preparar a los profesionales del futuro, lo que puede dar lugar a una brecha de habilidades y conocimientos en los especialistas que tengan que crear, usar, operar, administrar o mantener sistemas basados en tecnología cuántica.
FUJITSU y la tecnología cuántica
FUJITSU lleva años trabajando en sus áreas de investigación y con sus clientes, en el campo del desarrollo de tecnologías cuánticas o inspiradas en la mecánica cuántica.
En su oferta de hardware, software y servicios entorno a las tecnologías cuánticas se incluyen ya soluciones para resolver problemas reales de optimización combinatoria como el Digital Annealer, computadores cuánticos generalistas basados en superconductividad como el desarrollo con RIKEN de 64 qubits y uno de los emuladores cuánticos más rápidos del mercado, como el mpiQulacs sobre su plataforma de supercomputación PRIMEHPC FX700. Con más de un centenar de especialistas en
tecnología cuántica repartidos por el mundo y gestionados desde el laboratorio de tecnología cuántica ubicado en Japón, se continúan desarrollando tecnologías en colaboración con centros de relevancia en el mundo. Algunas de las áreas en las que FUJITSU trabaja con sus alianzas son: desarrollo de emulación cuántica basada en redes tensoriales junto con el centro nacional de supercomputación (BSC-CNS), desarrollo de la tecnología de implementación física del qubit de spin de diamante, con la Universidad TU Delft y Qutech, contribución al desarrollo de nuevos materiales ayudados de tecnología cuántica con Fujifilm, …
La brecha de habilidades en tecnologías cuánticas
Es muy posible que la computación cuántica produzca efectos amplificados de lo que ya se ha visto en el dominio de la inteligencia artificial: una tremenda brecha entre los que la entienden y quienes la utilizan, unido a una escasez de las habilidades necesarias. Actualmente, no hay duda de que el mundo de la tecnología cuántica es un mundo de especialistas, incluso mayor que en cualquier otra disciplina de lo digital. Existe un alto riesgo de que, a corto o medio plazo, exista un déficit de profesionales cualificados para trabajar en esta nueva disciplina.
Esto no es una hipótesis personal ni aislada. El World Economic Forumi anunciaba en enero del 2023 que el impacto de la tecnología cuántica será de gran alcance, en campos que van desde la ciberseguridad al desarrollo de fármacos, que sólo 17 países habían invertido en un programa nacional de investigación y desarrollo de tecnología cuántica, mientras que más de 150 no lo han hecho y que los líderes de la tecnología cuántica deben comprometerse con la inclusión en la educación cuántica, con el fin de cerrar la brecha. A finales de 2021, la firma de consultoría estratégica global McKinsey, publicaba un artículo en el que advertía del problema de la brecha de habilidades en tecnología cuántica y sugería una serie de medidas para evitar lo que ha ocurrido en el caso de la IA. Esta misma compañía subrayaba en otro artículo de junio del 2022:
“[…] Sin embargo, con este rápido crecimiento, la demanda de expertos con títulos avanzados
en el campo está superando al talento disponible. Nuestra investigación sugiere que es
necesario un mayor énfasis en mejorar las habilidades de los estudiantes universitarios con
experiencia relevante en tecnología cuántica.”
Muchos otros expertos de firmas de consultoría o consultores independientes como Nancy Liu, editora de SDxCentral en ciberseguridad, computación cuántica, redes y tecnologías nativas de la nube, han reflejado este mismo problema. Como ella indicaba en un artículoiv publicado en febrero del 2023:
“[…] Actualmente, solo hay un candidato cualificado en materia cuántica por cada tres puestos
vacantes en materia cuántica. Y se espera que la situación empeore, ya que se prevé que
menos del 50% de los puestos de trabajo en computación cuántica se cubrirán para 2025, a
menos que se produzcan intervenciones significativas, según una investigación de McKinsey.”
La preparación de los profesionales para las tecnologías cuánticas no sólo trata de desarrollar unas
habilidades cognitivas únicas para poder desarrollar eficazmente algoritmos cuánticos con aplicabilidad a problemas reales, sino de manejarse con una tecnología cuyos fundamentos y forma de operación se acercan más al funcionamiento de un laboratorio de investigación que a un centro de datos. Por otro lado, la aplicabilidad de estas tecnologías requiere, en muchos casos, entender los mecanismos físicos subyacentes que, por su naturaleza, son altamente contraintuitivos.
En cuanto al desarrollo de habilidades cognitivas para la producción de tecnología cuántica, los profesionales de disciplinas como física, química y varias ramas de la ingeniería, serán capaces de
contribuir eficazmente al desarrollo de estas tecnologías, sin embargo, será necesario desarrollar
conocimientos y habilidades específicos en ingeniería de sistemas cuánticos para poder producir eficazmente máquinas reales que funcionen de principio a fin. Esto requerirá de compartimentar
disciplinas y reunir a físicos e ingenieros.
Las tecnologías involucradas son variadas e incluyen fotónica y láseres, electrónica analógica y digital,
termodinámica, mecánica de fluidos, diversas técnicas de fabricación de componentes y el diseño de sistemas completos. La ingeniería cuántica involucra muchas disciplinas complementarias como se
puede ver en la imagen siguiente.
La computación cuántica evolucionará progresivamente y verá ampliarse su campo de aplicación a medida que crezca el número y la calidad de los qubits en los ordenadores cuánticos. Será un proceso
de innovación continua. Como en el caso de la informática clásica, el peso del software seguramente se volverá dominante en los requisitos de habilidades. Esto explica por qué muchas publicaciones insisten en la necesidad de desarrollar aplicaciones cuánticas. Sobre esto están «evangelizando» grandes actores como IBM, FUJITSU, Google y Microsoft, por no hablar de D-Wave, Rigetti e IonQ. Sin embargo, paralelamente al desarrollo del mercado de software, una fase intermedia requerirá muchas habilidades en ingeniería y otras disciplinas relacionadas con las tecnologías cuánticas.
Como ha ocurrido en otros momentos de la historia de la informática, las economías de escala serán más significativas en el dominio del software que en el del hardware, por lo que será en este dominio donde previsiblemente la demanda de profesionales cualificados pueda ser más alta que la oferta disponible. Aunque también es previsible que a medio plazo el mercado de computadores cuánticos no vaya a ser un mercado de volumen.
Será más probable, en definitiva, que sea en el dominio del desarrollo de software, donde esta brecha de conocimientos sea más significativa y de pie a un déficit en el mercado de profesionales cualificados. Nos referimos a áreas concretas como:
- Corrección y supresión de errores
- Algoritmos cuánticos
- Comunicaciones cuánticas
- Aplicaciones y herramientas para explotación comercial de tecnologías cuánticas
La creación de aplicaciones empresariales también requiere competencias en múltiples dominios como las ciencias de la vida (química orgánica, plegamiento de proteínas, fotosíntesis, …), ciencias de los materiales (química de baterías, materiales superconductores, …). u otras ramas como la gestión de carteras y la evaluación de riesgos en finanzas o problemas de optimización en logística, transporte y
marketing.
En la imagen se refleja la posible evolución de las necesidades de habilidades en tecnología cuántica con el tiempo, según una publicación de Olivier Ezratty en el 2020.
Como ocurre en muchas disciplinas, los investigadores e ingenieros deben ser cada vez más versátiles. Los equipos deben estructurarse en torno a una fuerte interdisciplinariedad y transversalidad. Necesitan equipos «tecnológicos polivalentes» que vinculen todas estas profesiones y habilidades. En particular, los físicos tendrán que estar cada vez más interesados en la ingeniería y los ingenieros en la física. La situación es similar a lo ocurrido hace años en el dominio de la biología y medicina genómica con los bioinformáticos.
En cuanto al manejo de infraestructuras cuánticas, la forma de operación, explotación y mantenimiento
requieren de habilidades más próximas a técnicos de laboratorio que a expertos en centros de datos, pero, sin embargo, muchas de estas infraestructuras llegarán para integrarse dentro de centros de datos actuales y tenderán a ofrecer servicios bajo las mismas pautas de calidad y fiabilidad que otros servicios de la era digital. Esto requerirá nuevas habilidades y cualificación en el personal encargado de la administración y operación de dichos centros de datos avanzados.
Finalmente, cuando se pasa al aspecto empresarial con productos reales que se pueden comercializar y vender, se necesita toda la combinación de habilidades que normalmente se encuentran en el marketing y las ventas de tecnología: marketing de productos, marketing operativo, desarrollo empresarial y asociaciones, creación de ecosistemas y, sobre todo, ventas B2B puras y simples para empezar. Esto se completa con las competencias genéricas asociadas a la creación de startups deep techs (organización, planificación empresarial, contratación, financiación, etc.) y a los especialistas jurídicos de propiedad intelectual, que deben asimilar las especificidades del vocabulario cuántico.
Iniciativas de formación en tecnología cuántica
Se han desarrollado muchas iniciativas en todo el mundo orientadas a la formación en física y tecnologías cuánticas, algunas de carácter institucional y otras privadas. Mencionaremos algunas de las que podrían ser más significativas.
En Estados Unidos, la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca y la Fundación Nacional de Ciencias están encabezando una asociación entre el gobierno federal, la industria, las sociedades profesionales y la comunidad educativa que fomentará una variedad de oportunidades de
capacitación para aumentar las capacidades, la diversidad y el número de estudiantes que están listos para participar en la fuerza laboral cuántica. Esto comienza con la divulgación y la educación en la escuela media y secundaria, introduciendo tecnologías y ciencia cuánticas para inspirar a la próxima generación y continúa ampliando el acceso a materiales de aprendizaje y planes de estudio relacionados con la cuántica más allá de los laboratorios y aulas universitarias, a colegios comunitarios y cursos en línea.
Esta asociación permite una base para materiales de aula y curriculares, desarrollados en conjunto con partes interesadas clave de la comunidad de ciencias de la información cuántica. Fomenta experiencias
prácticas con herramientas cuánticas en el aula y a través de espacios en línea y conecta a los estudiantes con oportunidades profesionales cuánticas públicas y privadas a través de pasantías, pasantías externas y otras vías.
En consecuencia, la Asociación Nacional de Educación Q-12 se compromete durante la próxima década a trabajar con los educadores de Estados Unidos para garantizar un entorno sólido de aprendizaje cuántico, desde proporcionar herramientas en el aula para experiencias prácticas hasta el desarrollo de materiales educativos y el apoyo a caminos hacia carreras cuánticas. Al ampliar el acceso a materiales y tecnologías cuánticas a través de esta asociación, los educadores en las aulas y otros entornos podrán desarrollar programas, cursos y actividades para presentar a los estudiantes el campo y abrir oportunidades para carreras cuánticas. Los participantes de la industria incluyen IBM, Google, Microsoft, AWS, Rigetti, Intel, Lockheed Martin, Boeing, Zapata Computing, APS Physics, Optica, IEEE USA y QubitbyQubit (una organización de formación). Esta asociación norteamericana organizó el evento QuanTime, en la primavera de 2022, con cientos de aulas de actividad cuántica para las formaciones medias (K-12).
En el ámbito de la Unión Europea, ya en el 2019 se adoptó la política “Itinerario hacia la Década Digital” donde, persiguiendo una visión sostenible y centrada en el ser humano, se incluía la computación cuántica como uno de los pilares tecnológicos de futuro. Uno de los resultados de esta política es la
iniciativa Quantum Flagship, una iniciativa a gran escala financiada con mil millones de euros en un plazo de 10 años. Esta consiste en un conjunto coherente de proyectos de investigación e innovación seleccionados mediante un exhaustivo proceso de revisión por pares. El objetivo es consolidar y ampliar el liderazgo científico y la excelencia europeos en este área de investigación, poner en marcha una industria europea competitiva en tecnologías cuánticas y hacer de Europa una región dinámica y atractiva para la investigación, los negocios y las inversiones innovadoras en este campo.
Dentro de nuestro país, la mayor parte de las universidades públicas y privadas ya ofrecen programas de especialización en tecnologías cuánticas, dentro de masters de especialización de postgrados o como mentoría a Trabajos de Fin de Grado (TFG), aunque la incorporación a los programas formativos de grado, o la posibilidad de desarrollo de nuevos grados especializados en esta tecnología, aún parece que requerirá un proceso de adaptación del profesorado, preparación de contenidos y aprobación institucional. Hasta donde conocemos en este momento, sólo la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) ofrece un programa de grado en Matemáticas Computacionales y Analítica de Datos, que cubre
aspectos específicos relacionados con la tecnología cuántica, aunque casi todas las universidades, tanto públicas como privadas, ofrecen dobles grados en Matemáticas y Física que también tratan tecnologías cuánticas en mayor o menor detalle, y másteres de postgrado de especialización en computación cuántica.
Algunas otras iniciativas de formación en tecnologías cuánticas, tanto públicas como privadas, se resumen a continuación:
QubitbyQubit (EE. UU.) es una iniciativa de aprendizaje en línea de programación cuántica de The Coding School, creada por un estudiante universitario de la Universidad de Brown en 2014. Fue creada por Kiera Peltz y está patrocinada por IBM y Google.
Qplaylearn (2020, Finlandia) desarrolla una herramienta de capacitación en programación cuántica visual en línea dirigida a una audiencia amplia, incluidos estudiantes de secundaria. Colaboran con varias universidades de Finlandia, así como con IBM.
QuTech Academy ofrece cursos gratuitos en línea sobre tecnologías cuánticas para ingenieros.
El CERN tiene una serie de conferencias introductorias sobre computación cuántica del CERN (7 sesiones de dos horas), transmitidas en noviembre y diciembre de 2020, también dirigidas a ingenieros.
Qureca (2019, Reino Unido) ofrece cursos en línea “Quantum for Everyone” para empresarios. Estos cursos son impartidos por Araceli Venegas-Gómez, fundadora de Qureca, Bruno Fedrici, consultor y profesor francés sobre tecnologías cuánticas y QuantFi, una startup francesa especializada en aplicaciones financieras.
EFEQT (Empowering the Future Experts in Quantum Science and Technology for Europe) ofrece una experiencia de aprendizaje entre la investigación académica y la exploración interdisciplinaria gratuita para 25 estudiantes y jóvenes investigadores. Se trata de un hackathon científico, el primero se organizó en octubre de 2021 y finalizó con una graduación en septiembre de 2022. Los mejores participantes recibirán un acceso rápido para realizar un doctorado o un posdoctorado en las universidades asociadas a EFEQT en Alemania y Estrasburgo en Francia. El programa cuenta con el apoyo de la Acción de Apoyo y Coordinación de Educación en Tecnología Cuántica (QTEdu CSA) de Quantum Flagship.
Quantum Spain es una iniciativa impulsada por el Ministerio de Economía a través de la Secretaría de Estado de Digitalización e Inteligencia Artificial y financiada con los Fondos de Recuperación, con el objetivo de impulsar y financiar una infraestructura competitiva y completa de computación cuántica en España. Dentro de esta iniciativa se ha incluido el proyecto TALENTQ que pretende potenciar la búsqueda y formación del talento cuántico español mediante la organización de cursos online y presenciales, maratones de programación cuántica, fomento de las iniciativas y grupos locales en computación cuántica, entre muchas otras actividades. Esta iniciativa TalentQ es coordinada por la Universidad de Santiago de Compostela (USC).
Este esfuerzo por la preparación de profesionales en estas disciplinas del futuro muy próximo, parece que aún no se han extendido en nuestro país a programas de formación en enseñanzas medias, como la formación profesional. Como se ha mencionado anteriormente, el futuro anticipa que se requerirán técnicos y técnicos superiores para la administración, operación y mantenimiento de infraestructuras de tecnología cuántica y esto podría ocurrir a medio o incluso corto plazo, dado el impulso que este tipo de tecnologías está recibiendo por parte de instituciones tanto públicas como privadas a nivel mundial.
Es responsabilidad de las administraciones públicas el sensibilizarse con esta necesidad y financiar y estimular las actividades que permitan la formación de los técnicos del futuro, lo cual redundará en una mayor empleabilidad de la población joven y un impulso de las economías regionales o nacionales.
