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Superordenadores para estudiar el efecto de fármacos por Artur García del Barcelona Supercomputing Center

“Los superordenadores pueden simular el comportamiento de un nuevo fármaco en un receptor determinado, sin realizar multitud de experimentos reales”.

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Artur García es doctor en física e investigador del Barcelona Supercomputing Center (BSC), donde lidera el grupo de computación cuántica. Éste investiga las posibilidades de crear ordenadores basados en la mecánica cuántica, llamados computadores cuánticos.

“Para hacerlo diseñamos nuevos algoritmos, y programamos su funcionamiento en simulaciones de gran tamaño que ejecutamos en los superordenadores del BSC. Estas simulaciones nos permiten mejorar los algoritmos que se utilizarán en las próximas generaciones de computadores cuánticos”.

¿Qué es la computación cuántica y en qué se diferencia de los superordenadores?

Los computadores cuánticos podrían proporcionar la tecnología de una nueva generación de procesadores capaces de realizar operaciones de cálculo fuera del alcance de los superordenadores actuales. 

Su funcionamiento básico es radicalmente diferente al de un ordenador convencional. Se diferencia tanto en la manera de codificar información como de procesarla. 

Para ello utilizamos sistemas cuánticos que se han de controlar con gran precisión, algo técnicamente muy complejo porque estos sistemas son muy sensibles a cualquier perturbación y sólo aparecen en condiciones muy extremas, por ejemplo, a muy bajas temperaturas. Para su funcionamiento necesitamos también una nueva familia de algoritmos que saquen total provecho de esta nueva tecnología.

¿Qué impacto puede tener la computación cuántica en la sociedad?

Es difícil decirlo ya que las principales aplicaciones de una nueva tecnología acostumbran a ser inesperadas. Aún así, dado que permiten estudiar sistemas cuánticos con gran precisión -algo en muchos casos fuera del alcance de otros métodos de cálculo-, se espera que tenga un gran impacto en el estudio de sistemas de escala microscópica pero de gran complejidad. 

Podremos, por ejemplo, entender mejor el comportamiento de nuevos materiales o compuestos que puedan ser utilizados como fármacos. 

De todas maneras, es un paso más en el desarrollo de métodos de cálculo que tanto han impactado en la sociedad las últimas décadas.

¿Para qué se usan actualmente los superordenadores y qué papel están teniendo en la lucha contra la Covid19?

Los superordenadores se utilizan en multitud de aplicaciones. En BSC tenemos 3 departamentos muy distintos estudiando su aplicación en campos tan diversos como el estudio del clima, el comportamiento de una proteína o efectos aerodinámicos en un vehículo. Son herramientas muy versátiles que permiten acelerar miles de veces la resolución de problemas numéricos.

En el caso particular del Covid19 el BSC ha contribuido al análisis de la movilidad de personas relacionada con el incremento de la transmisión del virus, analizando datos de distintas fuentes. También se ha trabajado en proyectos de predicción de la evolución de pacientes con el virus utilizando herramientas de Machine Learning.

500 de los más rápidos ordenadores del mundo utilizan, al menos parcialmente, Linux. ¿Cuán importante es el software abierto para el desarrollo de supercomputadoras y por qué?

Es muy importante, y tiene un gran impacto en el campo de la supercomputación. 

Se trata de un campo repleto de necesidades específicas de cada máquina que es necesario ajustar para maximizar su rendimiento.

En un entorno cerrado, estos ajustes son más complejos al depender del desarrollo que puedan hacer determinados proveedores de software. Al utilizar software abierto como Linux, ese desarrollo se traslada a una comunidad que después comparte sus soluciones.

¿Qué importancia tiene la soberanía y la propiedad de la tecnología y los datos para el desarrollo económico?

Las tecnologías punteras acaban teniendo una relevancia estratégica para muchos sectores. Por poner un ejemplo, los fabricantes europeos de automóviles utilizan chips de altas prestaciones para ampliar las capacidades de sus vehículos y dependen de fabricantes no europeos para completar sus productos. 

Esta dependencia puede utilizarse como elemento de presión entre competidores estratégicos. Para eliminarla, es necesario tener la capacidad de completar en su totalidad el desarrollo de toda la tecnología, desde el diseño inicial hasta su fabricación.

¿Qué es Risc-V y qué impacto puede tener en el futuro de la computación?

En la dirección que acabamos de comentar, el primer paso del desarrollo de un procesador se puede reducir utilizando especificaciones abiertas del conjunto de instrucciones que se ejecutan. 

RISC-V es un estándar abierto de hardware que permite acceder a procesadores con tecnología no propietaria, lo que por un lado aumenta su compatibilidad y por otro reduce los costes. Puede jugar un papel importante en la medida que sea adoptado mayoritariamente, y facilita la aparición de nuevos procesadores que proporcionen independencia de los grandes fabricantes de microprocesadores. En el caso de BSC existe una apuesta clara por esta tecnología.

¿Existe una carrera global por construir el ordenador más rápido del mundo y por qué?

Sí, tener superordenadores entre los más rápidos del mundo tiene un papel estratégico importante y en los últimos años se han podido ver movimientos interesantes de nuevos actores en el mundo de la supercomputación, en especial de China.

Supercomputadores cada vez más potentes permiten estudiar con mayor detalle problemas más complejos. Son una herramienta indispensable en muchos campos de investigación esencial, además de participar en el desarrollo de nuevas tecnologías. Por tanto, poseer ordenadores más potentes permite acceder a nuevas áreas de conocimiento básico y aumentar la capacidad industrial de quien lo posee.

¿Cómo impactará el desarrollo de los ordenadores cuánticos y de los súper ordenadores en nuestros ordenadores personales?

Los estudios que se realizan con la ayuda de superordenadores tiene un efecto constante en el desarrollo tecnológico de un país. Se puede optimizar el diseño de procesos industriales utilizando simulaciones, en lugar de preparar costosos prototipos, o podemos simular el comportamiento de un nuevo fármaco en un receptor determinado, sin realizar multitud de experimentos reales. 

En BSC también se utilizan herramientas de supercomputación para mejorar el diseño de la nueva generación de microprocesadores europeos, lo que puede tener un impacto en las próximas generaciones de procesadores.

El caso de la computación cuántica puede representar un salto cualitativo en la capacidad de cálculo, pero siempre en la misma dirección: proporcionar nuevas herramientas de computación para seguir accediendo a soluciones más detalladas de problemas complejos en multitud de campos y aplicaciones.