Una nueva era tecnológica está llamando a la puerta y su prometedor potencial disruptivo traerá grandes cambios en diferentes industrias y sectores, incluyendo el de la energía. Si bien hace medio siglo el ser humano asistía al nacimiento de la era digital con el surgir de las primeras computadoras de propósito general, los primeros circuitos integrados y la creación de internet, ahora los expertos consideran que estamos a punto de pasar al siguiente nivel: la era cuántica.
¿Qué son las tecnologías cuánticas?
Las tecnologías cuánticas son aquellas que se aprovechan de fenómenos o propiedades del mundo microscópico que entendemos y somos capaces de reproducir gracias a la teoría física conocida como Mecánica Cuántica. Por ejemplo, partículas como los electrones o los fotones pueden estar en varias posiciones al mismo tiempo, gracias a la propiedad conocida como superposición cuántica.
Esto tiene grandes aplicaciones en computación. Por ejemplo, nos permite realizar varios cálculos o simulaciones de manera simultánea en lugar de secuencial, lo que ofrece un aumento exponencial en la capacidad y velocidad de computación. Gracias a ello, será posible realizar simulaciones y abordar cálculos que actualmente son inabordables. Si quieres saber más sobre la computación cuántica, te invitamos a leer este artículo: ¿Cómo funciona la computación cuántica?
¿Cuál es el impacto en el sector energético?
El ejemplo más relevante de los beneficios de las tecnologías cuánticas en el sector de la energía lo encontramos en la posibilidad de sustituir el proceso actual de producción de amoníaco, responsable de entre un 1% y un 2% del gasto energético global[1], por otro con un costo energético despreciable.
El amoníaco es una sustancia esencial para la fabricación de fertilizantes. Su proceso de producción, conocido como Haber-Bosch en honor a las dos personas que lo inventaron a principios del siglo XX, consiste en la reacción de combinación de hidrógeno y nitrógeno para la formación de (amoníaco). Como parte inicial del proceso es necesaria la disociación de moléculas de nitrógeno, lo que solo se consigue en condiciones extremas de presión y temperatura. Esta parte del proceso, llevada a cabo generalmente en centrales petroquímicas, es la responsable del consumo de entre el 1% y el 2% de la energía mundial.
Según el informe anual de la Asociación Internacional de Fabricantes de Fertilizantes (IFA por sus siglas en inglés), en 2018 el consumo de fertilizantes alcanzó los 187 millones de toneladas. La demanda creciente de este insumo motivará la inversión de 98.000 millones de dólares entre 2018 y 2022 para construir 60 nuevas unidades de producción que permitirán producir 78 millones de toneladas más al año[2]. Esto implica que, si no se encuentra una forma alternativa de producir amoníaco, el gasto energético asociado al mismo seguirá aumentando.
Afortunadamente, ya se conoce una forma distinta de producir amoníaco a temperatura ambiente a partir de la encima denominada nitrogenase [1]. El problema es que, para conseguir hacerlo, se necesita primero entender a nivel molecular cómo se produce la síntesis de amoníaco. Para ello se necesitaría poder simular estos procesos, lo que es imposible con los computadores digitales o clásicos que tenemos en la actualidad.
Sin embargo, sí será posible simularlos con la nueva generación de computadores cuánticos que está por llegar. Esto permitirá reducir el coste energético de la producción de amoníaco a una cantidad despreciable, en comparación con la actual y, consecuentemente, reducir también el precio de los alimentos.
Perspectivas
En América Latina y el Caribe, en países con una industria petroquímica relevante como Brasil, México, Venezuela, Trinidad y Tobago y Argentina, la disrupción que la computación cuántica causará en la industria tendrá importantes repercusiones.
Si bien ya se cuenta con prototipos de computadores cuánticos funcionales, se espera que aun tome unos 10 años poder llegar a tener computadores cuánticos suficientemente robustos como para enfrentarse a problemas verdaderamente útiles.
Fuente: elaborado por el autor
Sin embargo, las múltiples aplicaciones que esta nueva generación de tecnologías promete generar, tendrán un gran impacto en sectores e industrias adicionales como medicina, biología, genética, medio ambiente, cambio climático o finanzas. Las consecuencias demográficas, económicas, sociales y ambientales que ello traerá constituyen una gran oportunidad que las principales potencias mundiales están ya intentando aprovechar.
El liderazgo de China, con un programa nacional para investigación y desarrollo de tecnologías cuánticas de 10 billones de dólares, y los programas de la Unión Europea y Estados Unidos con presupuesto por encima de un billón de dólares, son una muestra de ello. Si bien son decenas los países que se suman a esta lista, ninguno se encuentra en Latino América y el Caribe donde, adicionalmente, la ausencia de startups y compañías del sector privado trabajando con tecnología cuántica hacen que el ecosistema cuántico en la región esté formado solamente por algunos brillantes investigadores en universidades de países como Brasil, Argentina, México, Colombia, Chile, Uruguay o Paraguay.
Si deseas leer más sobre las aplicaciones de estas tecnologías y los esfuerzos que alrededor del mundo el sector público y privado está realizando para no quedarse atrás, puedes descargar la publicación del BID aquí: Tecnologías cuánticas: una oportunidad transversal e interdisciplinar para la transformación digital y el impacto social
[1] M. Reiher et. al. Elucidating reaction mechanisms on quantum computers. Proceedings of the National Academy of Sciences (2017).
[2] https://www.ifastat.org/market-outlooks
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