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La medicina asequible, el aumento de los costes energéticos y la dependencia de fuentes estratégicas de materias primas hacen que los nuevos materiales ocupen un lugar central en muchas cuestiones.
El desarrollo tradicional de materiales requiere mucho tiempo y, a menudo, años. Por ello, Fraunhofer ISC persigue enfoques de desarrollo acelerado - "Aceleración de Materiales"- basados en métodos digitales, aprendizaje automático e inteligencia artificial. De los ordenadores cuánticos se espera una aceleración adicional y una exploración más amplia del espacio de los materiales. La empresa italiana Algorithmiq, con experiencia demostrada en computación cuántica, ha firmado un memorando de entendimiento (MoU) con Fraunhofer ISC para profundizar en esta colaboración.
Fraunhofer ISC aporta una amplia experiencia en la síntesis química de una gran variedad de materiales. Sin embargo, las síntesis clásicas de laboratorio llevan mucho tiempo: el desarrollo de un nuevo material requiere numerosos experimentos antes de conseguir las propiedades deseadas. Los métodos digitales ofrecen una vía de desarrollo más rápida.
La simulación y el cálculo de las relaciones estructura-propiedades permiten descartar pronto los candidatos inadecuados e identificar con mayor eficacia los materiales prometedores. Los procesos subyacentes son muy complejos: la descripción completa de la dinámica de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos suele requerir tiempos de cálculo extremadamente largos, incluso en los superordenadores actuales.
La computación cuántica podría, por ejemplo, acelerar sustancialmente la búsqueda de materiales magnéticos de alto rendimiento y bajo consumo de recursos ("imanes de tierras raras" o "gap magnets") y permitir una exploración del espacio de materiales más profunda que nunca.
Algorithmiq es una empresa de computación cuántica con sede en Milán especializada en el desarrollo de algoritmos cuánticos nativos para el descubrimiento de fármacos y la simulación molecular. Su principal objetivo es calcular las propiedades y dinámicas moleculares con mucha más precisión y eficacia que con las simulaciones clásicas (por ejemplo, la química cuántica clásica o las simulaciones de dinámica molecular).
Para garantizar que estos algoritmos cuánticos -adaptados a cuestiones de química y ciencias de la vida- funcionen en los imperfectos ordenadores cuánticos actuales, el equipo emplea enfoques híbridos en los que colaboran un ordenador clásico y un ordenador cuántico: el procesador cuántico se encarga de los efectos cuánticos difíciles en las moléculas, mientras que el ordenador clásico supervisa la optimización y el análisis de datos. Los métodos están diseñados para explotar los patrones típicos de la química y obtener información fiable a pesar de los errores del hardware.
El concepto de computación cuántica orientada a las ciencias de la vida de Algorithmiq ganó un premio Well-come Leap de 2 millones de dólares en abril por "la primera demostración de un flujo de trabajo totalmente cuántico-clásico para simular terapias complejas y abrir así un camino creíble hacia la ventaja cuántica a corto plazo en el campo de las ciencias de la vida". El equipo pretende ahora aplicar este concepto al desarrollo de materiales químicos. Para ello, han establecido una asociación estratégica con Fraunhofer ISC, aprovechando su experiencia en síntesis y digitalización de materiales químicos.
"En primer lugar, las simulaciones pueden ayudar a identificar más fácilmente nuestros ´puntos blancos´ en el espacio de los materiales: materiales que quizá no buscábamos explícitamente, pero cuyas propiedades podrían ser muy prometedoras", explica la Prof. Dra. Miriam Unterlass, directora del Fraunhofer ISC, esbozando los objetivos de la colaboración.
Otro objetivo es comprender mejor el espacio de los materiales mediante simulaciones y encontrar nuevas soluciones con mayor rapidez. "También en el futuro necesitaremos la creatividad de los investigadores para impulsar innovaciones relevantes para la sociedad. Sin embargo, el conjunto de herramientas será cada vez más digital y, junto a la síntesis en el mundo real, el gemelo digital cobrará gran importancia, ya que permitirá predecir la síntesis de materiales, las propiedades de los productos y los resultados del reciclado a lo largo de todo el ciclo de vida del producto sin tener que rastrear cada paso de laboratorio".
La integración de los ordenadores cuánticos en la resolución de tareas tan complejas es, por tanto, un paso importante hacia el desarrollo acelerado de materiales. La Prof. Dra. Sabrina Maniscalco, consejera delegada y cofundadora de Algorithmiq, añade: "Durante demasiado tiempo, la conversación mundial en torno al quan-tum se ha centrado casi exclusivamente en el hardware. Pero el hardware por sí solo no basta. Sin grandes avances en algoritmos y software, los ordenadores cuánticos corren el riesgo de seguir siendo científicamente impresionantes sin aportar un valor industrial significativo. En Algorithmiq estamos construyendo la capa algorítmica que hace que los ordenadores cuánticos sean realmente útiles para la química, las ciencias de la vida, los nuevos materiales y otros campos".
Los socios Algorithmiq y Fraunhofer ISC se reunirán a nivel directivo en junio de 2026 para debatir los proyectos conjuntos iniciales y su dirección.
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