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Una tecnología emergente promete impulsar la agricultura digital y impactar profundamente las áreas de investigación agrícola: computación cuántica. Con el potencial de resolver problemas complejos de manera más rápida y precisa, esta innovación se puede aplicar en áreas como la agricultura inteligente, el modelado climático, la teledetección y la bioinformática, según un estudio de Embrapa Agricultura Digital (SP) con el apoyo del Centro para el Desarrollo de la Agricultura Digital, de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Sao Paulo (Fapesp).
Publicado en la Investigación Agrícola Brasileña (PAB), el artículo analiza las aplicaciones y desafíos de la computación cuántica en el agro y la coloca como estratégica para el futuro del sector. La investigación en la frontera del conocimiento, como la computación cuántica, puede apoyar la toma de decisiones en diferentes eslabones de las cadenas de producción del sector de manera más eficiente, ya que implican procesos con un alto grado de incertidumbre, desde la plantación hasta la comercialización de la producción agrícola, explica Edson Bolfe, investigador de Embrapa y coautor del estudio.Édson Bolfe
Cómo funciona la computación cuántica?
El coordinador del trabajo, el investigador Kleber Souza, explica que, a diferencia de lo que ahora se utiliza en automóviles, dispositivos móviles y computadoras domésticas, el nuevo equipo utiliza propiedades de la física cuántica para realizar operaciones de almacenamiento e información y resolver problemas complejos. Estas máquinas tienen un potencial superior en términos de calidad y velocidad de las respuestas al probar múltiples posibilidades y variables al mismo tiempo. De esta manera, van más allá de la alternativa binaria (entre dos caminos a la vez) que ofrecen las computadoras clásicas, incluidas las supercomputadoras.
A diferencia de los ordenadores convencionales, que funcionan con bits binarios (“0” o “1”), las computadoras cuánticas utilizan qubits, que pueden representar “0” y “1” simultáneamente. Esta característica, conocida como superposición, permite a estos dispositivos procesar múltiples variables al mismo tiempo, traiendo respuestas más rápidas y detalladas a problemas complejos.
Aplicaciones de Computación Cuántica en la Agricultura
En la práctica, la computación cuántica ya está prometiendo en varios frentes. En el modelado climático, podrá mejorar la precisión de la Zoning de Riesgo Climático Agropor (Zarc), un sistema desarrollado por Embrapa y utilizado por los gestores para desarrollar políticas públicas e instituciones financieras para apoyar la concesión de créditos y cálculos de los seguros agrarios.
En el área de la salud vegetal, las simulaciones por arquitectura cuántica ayudarán a identificar enfermedades tempranas en cultivos como la soja y el maíz. El uso del aprendizaje automático ya ha dado lugar a una tecnología de identificación temprana de enfermedades. La computación cuántica puede mejorar estas operaciones.
En bioinformática, el análisis de datos genómicos puede acelerarse mucho con la computación cuántica, beneficiando estudios de mejora genética. El estudio también señala que en el futuro, la tecnología será capaz de integrar sensores avanzados y algoritmos de aprendizaje automático, ampliando aún más su aplicación en el campo.
Retos e inversiones necesarios
A pesar del potencial prometedor, el desarrollo de aplicaciones cuántas para los agrocombustibles sigue enfrentando desafíos. Uno de los principales es el costo. Una computadora cuántica puede costar hasta $20 millones, además de requerir infraestructura avanzada como temperaturas de operación cercanas a cero y ambientes altamente aislados.
Aún así, según Souza, el dominio de la tecnología cuántica será estratégico para Brasil. La investigación y la educación son áreas en las que Brasil también tendrá que invertir para garantizar la soberanía tecnológica y mantener la competitividad del sector agrícola brasileño, argumenta.
Computación cuántica en Brasil
En Brasil, los desafíos para la implementación de la computación cuántica están siendo mapeados y ya están en marcha iniciativas importantes, señala Souza. En 2022, fue organizado, por la Red Nacional de Enseñanza e Investigación (RNP), el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación (MCTI) y Softex el evento “Rescar de Computación Cuántica Brasil” para discutir el tema.
Ese mismo año se puso en marcha la Red MCTI-Softex de Tecnologías Cuántica, coordinada por el Centro Integrado de Fabricación y Tecnología del Servicio Nacional de Aprendizaje Industrial (Senai). El objetivo es fomentar el ecosistema brasileño de la computación cuántica, integrando acciones gubernamentales con centros de investigación, startups y preparando el país para la tecnología.
En 2023, Embrapa y Senai Cimatec lanzaron una Unidad Mixta de Investigación e Innovación Digital en Agricultura Tropical (Umipi DITAg). La asociación permite compartir infraestructuras computacionales y equipos de instituciones para, desde el uso de nuevos sensores, tecnologías cuánticas, automatización y robótica, aprovechar el desarrollo de soluciones digitales dirigidas al sector agrícola en áreas como la inteligencia artificial, la agricultura de precisión, internet de las cosas, la fotónica y la trazabilidad.
En 2024, la FAPESP lanzó un programa de investigación para promover el progreso de las tecnologías cuántica, impulsar el desarrollo de startups, atraer inversiones globales y traer talento al estado de Sao Paulo.
La capacitación es clave para el avance
Australia estima que en 2045 será necesario 19.400 especialistas para satisfacer la demanda de acción en la computación cuántica, informa Souza, al destacar la investigación y la educación como áreas igualmente esenciales para el desarrollo de esta área en Brasil.
Además de la infraestructura, el país necesita invertir en formación de especialistas. Según el artículo, países como Australia y Alemania ya ofrecen cursos de ingeniería cuántica, mientras que en Brasil, las instituciones están empezando a adoptar programas enfocados en el tema. Para Souza, las computadoras educativas, accesibles desde $500, pueden ser una puerta de entrada a la formación de profesionales y pruebas iniciales de algoritmos. No puedes hacer mucho con ellos solos, pero pueden ayudar a las instituciones a emprender una planificación estratégica para incorporar la computación cuántica, dice.
Con esto en mente, el artículo presenta un mapeo de los servicios y simuladores de computación en la nube cuántica ya disponibles para pruebas de algoritmos o incluso para familiarizarse con esta nueva forma de computación.
Souza señala que la idea es profundizar la investigación a la vanguardia del conocimiento en esta área aplicada a la agricultura digital. El artículo informa que algunas universidades ya han comenzado a ofrecer cursos de Ingeniería Cuántica. La Universidad de Sarre en Alemania comenzó su licenciatura en 2019; la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia inauguró una maestría en 2021, y Virginia Tech, EE.UU., en 2022, como un curso de especialización.
Mirando al futuro
Con los simuladores de computación cuántica en la nube ya disponibles, Brasil tiene la oportunidad de acelerar su entrada en este campo. Estos simuladores permiten a empresas e investigadores experimentar con soluciones antes de que incluso adquieran equipos físicos, explica Bolfe.
Los autores señalan que incluso con el prometedor potencial de la tecnología cuántica, su desarrollo sigue siendo un reto para modelar los procesos biológicos en la agricultura, ya que implican una amplia gama de variables.
Por lo tanto, la evolución de estas aplicaciones en diferentes sectores productivos requiere un desarrollo computacional continuo y la formación del personal para el avance científico y tecnológico.
La computación cuántica, aunque todavía lejos de la mayoría de las granjas, promete ser un poderoso aliado para hacer frente a los desafíos de la agricultura moderna. Invertir en investigación, desarrollo y capacitación no es sólo una cuestión de innovación, sino de garantizar que el país siga siendo uno de los mayores productores de alimentos del mundo.
Los números de la computación cuánticaEscala – La nueva tecnología le permite cambiar la escala de problemas que es capaz de resolver y cómo se realiza el modelado en el sistema cuántico. En lugar de procesar 10.000 posibles interacciones de los datos obtenidos en el campo (suelo, planta y clima) en una computadora tradicional en un momento determinado, en el procesamiento cuántico sería posible procesar 100.000 interacciones en ese momento. Qubits – Los tres mil millones de pares de bases del genoma humano, que requieren 1,5 gigabytes de una computadora convencional, se pueden almacenar en aproximadamente 34 qubits de una computadora cuántica. Al mendigar la cantidad de qubits a 68, hay suficiente espacio para almacenar los genomas de toda la humanidad. Un ejemplo de inversión masiva es la asociación firmada en 2022 entre Cleveland Clinic e IBM para la instalación del sistema de computación cuántica One. La asociación incluye recursos del orden de 500 millones de dólares en los próximos diez años. La atención se centrará en los patógenos emergentes y las enfermedades relacionadas con el virus, acortando la investigación crítica en tratamientos y vacunas. https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/96231776/desenvolver-a-computacao-quantica-e-fator-estrategico-para-a-agricultura-do-brasil |
