Algorithmiq y Fraunhofer ISC colaborarán en el futuro en computación cuántica para el desarrollo de materiales

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La Prof. Miriam Unterlass (izquierda) y la Prof. Sabrina Maniscalco (derecha) unen fuerzas de investigación para hacer que la computación cuántica sea útil en la investigación de materiales. © K. Wolf / Algorithmiq

Medicina asequible, aumento de los precios de la energía, dependencia de fuentes estratégicas de materias primas: para muchas cuestiones actuales, los nuevos materiales desempeñan un papel central. Sin embargo, los enfoques clásicos de desarrollo de materiales son lentos y a menudo requieren muchos años. Por ello, el Instituto Fraunhofer para la Investigación de Silicatos trabaja en enfoques acelerados de desarrollo („Materials Acceleration“) basados en métodos digitales, aprendizaje automático e inteligencia artificial (IA). Se esperan potenciales adicionales de aceleración y una exploración más completa del espacio material en el uso de ordenadores cuánticos. Con la empresa italiana Algorithmiq, que posee una experiencia reconocida en computación cuántica, el ISC de Fraunhofer ha firmado un Memorando de Entendimiento (MoU) para una colaboración futura.

La metáfora de la flor de loto ilustra el camino hacia una ventaja cuántica útil. Los pétalos internos representan tres condiciones que deben cumplirse simultáneamente: viabilidad en hardware actual, relevancia para la exploración del espacio material y validación frente a los métodos clásicos más avanzados bajo condiciones de recursos justas. Los pétalos externos representan la implementación, integración y escalado. Estos son esenciales para convertir los avances en la práctica y pueden desarrollarse de manera sistemática. En una verdadera flor de loto, la estructura central contiene las semillas de las cuales pueden crecer nuevas flores. En este sentido, consideramos este núcleo como generativo, capaz de apoyar diversas aplicaciones tras su establecimiento, y estamos ansiosos por incorporar esta idea en la investigación de materiales. © Algorithmiq

El ISC de Fraunhofer cuenta con una amplia experiencia en la síntesis química de materiales muy diversos. Sin embargo, las síntesis en laboratorio clásicas son lentas: para un nuevo enfoque de material, se requieren numerosas series de experimentos hasta alcanzar las propiedades deseadas del material y su procesamiento. Los métodos digitales ofrecen aquí la posibilidad de acelerar los procesos de desarrollo. A través de simulaciones y cálculos de relaciones estructura-propiedad, se pueden descartar temprano las variantes no adecuadas y identificar de manera específica los candidatos prometedores. Sin embargo, los procesos subyacentes son altamente complejos: la descripción completa de la dinámica de sistemas de muchos cuerpos cuánticos requiere, incluso en los ordenadores de alto rendimiento actuales, tiempos de cálculo extremadamente largos. La computación cuántica podría, por ejemplo, acelerar significativamente la búsqueda de materiales magnéticos de alto rendimiento que sean respetuosos con los recursos (“rare-earth-lean magnets” o “gap magnets”) y explorar el espacio material en una profundidad hasta ahora inalcanzable.

Computación cuántica – explorar el espacio material de manera más rápida y completa

Algorithmiq es una empresa de computación cuántica de Milán, especializada en desarrollar algoritmos nativos cuánticos para la investigación de fármacos y simulación molecular. El objetivo principal es calcular las propiedades y la dinámica de las moléculas mucho más precisas y eficientes que con las simulaciones clásicas (por ejemplo, química cuántica clásica, simulaciones de dinámica molecular). Para que los algoritmos cuánticos, diseñados específicamente para cuestiones de química y ciencias de la vida, funcionen incluso en los ordenadores cuánticos actuales, que aún presentan errores, el equipo apuesta por métodos híbridos en los que una computadora clásica y una cuántica trabajan juntas: la cuántica calcula efectos cuánticos particularmente difíciles en moléculas, mientras que la clásica gestiona la optimización y el análisis. Los métodos están diseñados para aprovechar las estructuras y leyes típicas de la química, con el fin de proporcionar declaraciones confiables sobre las moléculas y sus propiedades, incluso con errores de hardware.

Ahora, los investigadores quieren ampliar su concepto de computación cuántica, que hasta ahora se ha utilizado principalmente en ciencias de la vida, al desarrollo de materiales químicos. Para ello, la empresa ha establecido una asociación estratégica con el ISC de Fraunhofer, que aporta su conocimiento en síntesis y digitalización de materiales químicos.

Resolver problemas complejos de manera más eficiente

“Primero, con simulaciones podemos identificar más fácilmente nuestras áreas desconocidas en el espacio de materiales, es decir, materiales que no buscábamos específicamente, pero cuyas propiedades pueden ser prometedoras”, explica la profesora Miriam Unterlass, directora del ISC de Fraunhofer, sobre los objetivos de la colaboración. Otro objetivo es comprender mejor el espacio de materiales mediante simulaciones y encontrar soluciones nuevas más rápidamente. “También en el futuro necesitaremos la creatividad de investigadores y investigadoras para crear innovaciones socialmente relevantes. Pero las herramientas se vuelven digitales, y además de la síntesis real, el gemelo digital adquirirá gran importancia, permitiendo predecir la síntesis de materiales, las propiedades del producto y la recuperación mediante reciclaje a lo largo de todo el ciclo de vida del producto, sin tener que seguir cada paso de laboratorio individualmente.”

La integración de ordenadores cuánticos en la resolución de tareas tan complejas es, por tanto, un paso importante hacia una aceleración del desarrollo de materiales. La profesora Sabrina Maniscalco, CEO y cofundadora de Algorithmiq, añade: “Durante demasiado tiempo, el discurso global sobre computación cuántica se ha centrado casi exclusivamente en el hardware. Pero solo el hardware no basta. Sin avances sustanciales en algoritmos y software, los ordenadores cuánticos seguirán siendo impresionantes desde el punto de vista científico, pero sin un valor añadido real para la industria. En Algorithmiq, estamos desarrollando la capa algorítmica que hace que los ordenadores cuánticos sean realmente útiles – para química, ciencias de la vida, nuevos materiales y más allá.”

En junio de 2026, los socios Algorithmiq y Fraunhofer ISC se reunirán a nivel directivo para discutir los primeros proyectos conjuntos y su orientación.