Imaginem la intel·ligència artificial (IA) com una gran xef i la computació quàntica com un rebost nou amb ingredients que abans no existien: juntes poden assajar milions de receptes alhora per dissenyar fàrmacs i materials (millors bateries, molècules més estables), trobar la cura per a malalties com l’alzheimer o el pàrkinson, entrenar models en hores en lloc de setmanes, i optimitzar rutes, fàbriques o carteres financeres amb una agilitat inèdita. No és màgia ni un escenari futurista: la combinació d’IA i tecnologia quàntica ja dona senyals clars d’utilitat. Al mateix temps, també hi ha riscos, que són gestionables si es preveuen amb temps.
Avantatges: medicaments, dades genòmiques, nous materials, rutes
“Si bé aquestes tecnologies encara no estan al mercat i la IA es troba en el seu punt àlgid, podem fer l’exercici d’imaginar què passarà quan totes dues es combinin”, explica Josep Curto, professor dels Estudis d’Informàtica, Multimèdia i Telecomunicació de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC) i expert en intel·ligència de negocis i macrodades. “La fusió de la computació quàntica amb la IA podria oferir un avantatge fonamental: la capacitat de resoldre problemes d’optimització i simulació amb una complexitat inabordable per a les computadores clàssiques”, afegeix.
L’expert planteja tres escenaris potencials fruit de la combinació d’aquestes dues tecnologies.
1. El primer seria l’acceleració exponencial del processament i l’entrenament, que presenta l’avantatge que els algorismes quàntics poden agilitar dràsticament les subtasques intensives de càlcul en el machine learning (els ordinadors aprenen patrons a partir de dades), com la cerca en bases de dades massives o la inversió de matrius grans. El seu impacte reduiria el temps d’entrenament de models d’IA complexos de setmanes a hores, cosa que permetria iteracions de models i el desenvolupament d’assistents d’IA molt més sofisticats i especialitzats.
2. El segon escenari és la simulació de sistemes físics i químics amb precisió absoluta. El seu avantatge és que les computadores quàntiques són inherentment adequades per simular sistemes quàntics (molècules, materials, reaccions), ja que funcionen seguint les mateixes lleis físiques. Això permet a la IA modelar la naturalesa amb una precisió “àtom per àtom”. El seu impacte consisteix en el fet que desbloquejarà el disseny de nous materials, el descobriment de fàrmacs i l’enginyeria de bateries d’alta eficiència, àrees que actualment es basen en proves d’assaig i error costoses.
3. I el tercer escenari consisteix en la creació de nous tipus d’algorismes d’IA. El quantum machine learning o aprenentatge automàtic quàntic crea algorismes que fan servir qbits per desar i manipular les dades de moltes maneres alhora, explorant un espai enorme de possibilitats (el que en física s’anomena “espai de Hilbert”) que els ordinadors normals no poden manejar tan fàcilment, de manera que l’algorisme pot trobar patrons o solucions provant moltes combinacions en paral·lel. Això podria millorar la capacitat de la IA per trobar patrons ocults i correlacions complexes en dades sorolloses o de gran dimensió, com dades genòmiques o financeres d’alta freqüència.
Considerant els tres exemples anteriors, s’espera que les tecnologies quàntiques tinguin un efecte de gran magnitud en la societat. Es preveu que s’obtindran efectes amb externalitats positives. Per exemple, explica Curto, en salut, podrien accelerar el descobriment i l’optimització de molècules farmacològiques, reduint el temps de comercialització de medicaments, i en transport, podran trobar la ruta òptima en segons.
Riscos: col·lapse de claus, desigualtat, riscos de seguretat
“Tal com passa amb la IA, aquesta tecnologia és dual. Per tant, no està exempta de riscos i externalitats negatives. I hem de ser-ne conscients i optar per un desenvolupament i una implementació responsables”, adverteix l’expert de la UOC, que aventura tres riscos palpables.
1. Col·lapse de la criptografia de clau pública. Els ordinadors quàntics, una vegada que aconsegueixin prou maduresa, podran executar l’algorisme de Shor. Aquest algorisme pot trencar la immensa majoria dels sistemes de xifratge de clau pública que utilitzem avui per protegir el comerç electrònic, les transaccions bancàries, les VPN i les comunicacions governamentals (com RSA i ECC). Si la criptografia es trenca abans que es posi en pràctica una solució postquàntica, qualsevol dada xifrada avui quedarà exposada, fet que comprometrà secrets industrials, historials mèdics i la seguretat nacional. Això soscavaria la confiança en tota la infraestructura digital.
2. Augment de la desigualtat digital i geopolítica. La tecnologia quàntica requereix recursos i experiència extremadament especialitzats. Només un grapat de nacions (com els EUA i la Xina) i grans corporacions (IBM i Google) tenen els recursos per desenvolupar i fer funcionar computadores quàntiques d’alt rendiment. Això crea un monopoli de la capacitat de càlcul exponencial. Les empreses i els països amb accés a la IA quàntica podran optimitzar les seves cadenes de subministrament, descobrir nous materials i desenvolupar tractaments mèdics a una velocitat inassolible per a la resta. Això podria agreujar la desigualtat econòmica, com alerta un estudi de l’OCDE, crear una divisió profunda en el poder geopolític basat en l’accés a la tecnologia quàntica, i comprometre la transferència de tecnologia i la cooperació científica.
3. Amplificació del risc de seguretat en sistemes d’IA d’alt risc. Els atacants amb accés a QML (quantum machine learning) podrien fer servir l’augment de velocitat per descobrir vulnerabilitats en els models d’IA d’una manera molt més ràpida que els defensors. Això inclou l’enginyeria inversa dels models per extreure dades d’entrenament sensible o dissenyar atacs d’evasió quàntica que enganyin els sistemes d’IA de defensa (com la detecció de frau o el reconeixement facial). Sistemes crítics (com ara xarxes elèctriques, gestió del trànsit aeri, defensa financera) que es basen en IA clàssica podrien ser desestabilitzats, ja que les seves defenses actuals són insuficients enfront d’un adversari quàntic.
Mesures pal·liatives contra aquests riscos
En vista d’escenaris com els que comentem, s’han de tenir en compte algunes mesures pal·liatives mínimes, recomana el professor de la UOC. Per exemple:
1. Migració obligatòria a criptografia postquàntica. Establir un calendari regulador i una obligació de migració perquè les empreses i les administracions públiques deixin d’utilitzar protocols de xifratge vulnerables (RSA/ECC) i adoptin nous estàndards de criptografia resistent a la quàntica (PQC). L’administració ha d’identificar tots els “repositoris de llarga vida” de dades crítiques (dades militars, informació sanitària, secrets de propietat intel·lectual) i tornar-les a xifrar emprant algorismes PQC estandarditzats (com els seleccionats pel National Institute of Standards and Technology dels EUA) abans que els ordinadors quàntics siguin plenament operatius.
2. Governança transparent i col·laboració internacional. Impulsar marcs reguladors (similars a la llei EU AI Act) que exigeixin transparència sobre l’ús de la IA quàntica en sistemes d’alt risc i fomentar la creació de consorcis quàntics oberts. Els governs han de subvencionar i crear accés compartit a simuladors quàntics i a eines d’aprenentatge automàtic quàntic (QML) per a universitats, empreses emergents i petites empreses, i democratitzar així l’accés a la tecnologia. A més, s’han d’establir acords internacionals per limitar l’exportació de maquinari quàntic d’alta capacitat a estats amb historials qüestionables en ciberseguretat, tractant aquesta tecnologia com un bé de doble ús, civil i militar. “Estem fent esforços en cooperació internacional en IA i crec que seria el moment d’incloure-hi altres tecnologies emergents”, assenyala Curto.
En quin punt real està la carrera quàntica
El problema per adoptar mitigacions resideix en el moment actual d’aquestes tecnologies. “No estem encara en l’era dels ordinadors quàntics universals i tolerants a fallades”, diu l’expert.
Les computadores quàntiques d’avui (IBM, Google, IonQ) encara són prototips amb qbits “intermedis” i molt de soroll, que fa perdre l’estat quàntic ràpidament. El resultat és poca profunditat de càlcul i valor pràctic limitat ara com ara.
Llavors, en quin punt ens trobem? D’una banda, des d’una perspectiva geopolítica, hi ha una carrera pel talent humà i els països s’han centrat a crear ecosistemes acadèmics i industrials d’aquest domini, similar al que va passar amb la IA fa uns quants anys. D’altra banda, els avenços tecnològics s’estan posant esment en l’acceleració de subrutines de la IA tradicional i en el disseny de sistemes de maquinari quàntics, com aplicar machine learning per mitigar el soroll, afinar l’arquitectura de qbits i optimitzar la disposició dels criòstats (supercambres frigorífiques per mantenir els equips a temperatures molt baixes).
“Diuen els experts que, d’aquí a 10 a 15 anys, la IA quàntica ja no serà un prototip d’alt potencial, sinó una realitat. Haurem d’estar atents als anys vinents i, tot i tenir sempre el control del present, preparar les nostres organitzacions, institucions i societat per a un futur en el qual aquestes tecnologies es combinin. La societat necessita arribar a acords per a l’ús responsable de la tecnologia, tant de les actuals com de les emergents”, conclou el professor de la UOC.
