El Día Mundial de la Computación Cuántica se celebra el 14 de abril desde el año 2022, por una red global de científicas y científicos de diversas universidades en todo el mundo. El Día Mundial de la Cuántica es una celebración que promueve la comprensión pública de la ciencia y la tecnología cuántica en el planeta.
Por tal razón, desde el pasado 14 de abril de 2026, en la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), arrancó funciones el laboratorio Quantum Lab, un nuevo territorio científico donde se trabaja entre las matemáticas, la Inteligencia Artificial y la Computación Cuántica. Con este nuevo espacio de investigación, la ESFM abre otra puerta que estudia temas cuánticos junto con el Centro de Investigación y Desarrollo de Tecnología Digital (Citedi); la Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA) y el Centro de Investigación en Computación (CIC).
Este laboratorio multidisciplinario está dedicado al estudio y desarrollo del cómputo cuántico y sus aplicaciones, para unir las matemáticas, las ciencias de la computación y la física, con el propósito de construir conocimiento en la frontera tecnológica, y crear métodos desde cero y resolver problemas que la ingeniería tradicional no puede solucionar.
En entrevista para la Agencia Informativa Conversus (AIC), uno de los líderes del proyecto, el profesor de la ESFM Eliseo Sarmiento Rosales, informó que este nuevo laboratorio estudia cuatro grandes líneas de investigación. La primera es la Teoría de Códigos que se desarrolla por medio de la teoría algebraica de los códigos que protegen la información digital en cómo construirlos, cómo medir su robustez frente a errores y cómo extenderlos al mundo cuántico.
Es la línea fundacional del laboratorio con más de una década de publicaciones en revistas internacionales. “Diseñamos y analizamos esquemas que protegen la información, pieza clave para lograr cómputo cuántico tolerante a fallos”, agregó. De acuerdo con el especialista en álgebra conmutativa aplicada a teoría de códigos y criptografía, la segunda línea es la criptografía poscuántica y distribución cuántica de claves donde diseñan y analizan protocolos criptográficos resistentes a ataques cuánticos para proteger las comunicaciones del futuro. “Realizamos un trabajo que evalúa empíricamente la seguridad de los sistemas que implementan ML-KEM, que es el nuevo estándar de encapsulación de claves para proteger el intercambio de datos frente a futuras computadoras cuánticas”, dijo el investigador.
Cuando mandas información de tu tarjeta de crédito por la red, y no la roba nadie, se utiliza un algoritmo de criptografía que se basa en la dificultad de factorizar números enteros. El cómputo cuántico logró generar el Algoritmo de Shor, que puede factorizar esos enteros en forma rápida. Para el miembro del Sistema Nacional de Investigadoras e Investigadores (SNII) Nivel 2, la tercera línea es Machine Learning que desarrolla algoritmos de aprendizaje automático con fundamentos matemáticos avanzados para aplicarlos al procesamiento de señales.
Se espera que el siguiente año exploren modelos híbridos, redes neuronales cuánticas y algoritmos de optimización que aprovechan las ventajas del cómputo cuántico sobre los datos.
“La parte básica es Machine Learning, Deep Learning para ejecutar redes neuronales. Este semestre dimos un curso de álgebra lineal aplicada a Machine Learning y el objetivo era generar redes neuronales que puedan ayudarnos a mejorar casi cualquier proceso que tenga que ver con un diagnóstico, saber un pronóstico para tratar de atacar a través de una red neuronal”, señaló el científico politécnico.
El laboratorio cuenta con una estación de trabajo NVIDIA RTX 6000 Generación Ada dedicada al entrenamiento de redes neuronales. Está basada en la arquitectura de GPU NVIDIA Ada Lovelace, la RTX 6000 combina Núcleos RT de tercera generación, Núcleos Tensor de cuarta generación y Núcleos CUDA de próxima generación con 48GB de memoria gráfica para un rendimiento de renderizado, IA, gráficos y computación sin precedentes. “La mandamos a hacer para nosotros, para nuestro requerimiento, que tiene que ver con el análisis para la tecnología poscuántica, y lo más importante, el entrenamiento de redes neuronales”, aseguró.
Por último, la cuarta línea es Cómputo Cuántico que trabaja en tres frentes: corrección de errores cuánticos, quantum machine learning y benchmarking de algoritmos cuánticos, el cual es un proceso estandarizado para medir el rendimiento a precisión y la robustez de los algoritmos que se ejecutan en procesadores cuánticos. Usan simuladores como Qiskit, una plataforma de mayor rendimiento del mundo para la computación cuántica y la investigación de algoritmos, para verificar computacionalmente los resultados teóricos.
“Diseñamos algoritmos y circuitos cuánticos, simulación de sistemas y estudio del hardware. Trabajamos con los principios de superposición y entrelazamiento para resolver problemas fuera del alcance clásico”, aseguró Sarmiento Rosales. También investigan diferentes modelos para hacer cúbits o qubits (bits cuánticos), que son la unidad básica de información en la computación cuántica para simular un átomo, “y ese es un desafío para nosotros, porque solo podemos hacer dos cosas: teoría y simulación”, agregó.
El laboratorio también está equipado por una robustez de profesores y líderes del proyecto como el doctor Egor Maximenko SNII Nivel 2. Especialista en análisis armónico; su conocimiento de la Transformada de Fourier Discreta fue la puerta de entrada del equipo a la Transformada Cuántica de Fourier. También está Dionisio Manuel Tun Molina, doctor en Mecánica Cuántica. Fue coordinador General de Desarrollo Industrial, Comercial y Competitividad en el Sector Espacial, y pionero del sector satelital en México y el doctor Oliver Fernando Cuate González SNII-C. Actualmente es el coordinador de la Maestría en Fisicomatemáticas de la ESFM. Es especialista en optimización multiobjetivo, frontera de Pareto y métodos de continuación para toma de decisiones.
RETOS CUÁNTICOS
Para el investigador politécnico, el reto del laboratorio es armar todo un proceso. ¿Cuál es todo el proceso? Tener gente desde el área básica que entiende los procesos, tan aplicados y complicados, para llegar a la parte más aplicada, que se pueda contactar a otras personas de otras áreas, que les interesa tu creación y se pueda aplicar, afirmó.
“El reto es tener investigadores de física, de cómputo, de matemáticas, de algoritmos, personas que les interese tantos temas para que puedas llegar a tener algún día un prototipo de un algoritmo. Es parte del desafío que tratamos de crear”, indicó.
SANGRE NUEVA CUÁNTICA
El laboratorio está conformado por jóvenes veinteañeros estudiantes de posgrado como José Alberto Guzmán; Juan Carlos Jiménez; Jusset Said Soto; David Zaleta; Leonardo Rivera Zacarías; Francisco Vidal; Víctor Hugo; Rodrigo Morales y José Alberto, alumnos de la maestría en Fisicomatemáticas y del doctorado en Fisicomatemáticas.
MOMENTUM QUANTUM
Con la finalidad de promover la comprensión pública de la ciencia, a partir del 20 de marzo no importa qué pase, hay una persona en Quantum Lab, en espera de alumnas y alumnos para que se unan a la comunidad cuántica. La ESFM invita a un espacio semanal para aprender, discutir y colaborar en temas de computación cuántica.
El objetivo es compartir ideas, resolver dudas y formar parte de una comunidad apasionada por la ciencia y la tecnología del futuro. La cita es todos los viernes de 13 a 14 horas, en el Laboratorio de Criptografía y Cómputo Cuántico, edificio Z, tercer piso, porque lo que importa no es tu nivel, sino tu curiosidad.
COMUNIDAD CUÁNTICA SE UNE
Además, entre otras acciones, los alumnos han tenido diferentes ciclos de conferencias en cómputo cuántico como ¿De dónde viene el qubit? de David Zaleta; otro tema como la estructura matemática del cómputo cuántico por Juan Carlos; el algoritmo de Grover: encontrando una aguja en un pajar cuántico de José Alberto Guzmán; implementación del algoritmo de Grover en hardware cuántico de Roberto Navarro, entropía de Información cuántica de potenciales hiperbólicos en la ecuación fraccionaria de Schrödinger por el doctor Raymundo Santana Carrillo del CIC y la codificación de datos en Inteligencia Artificial Cuántica en tareas de clasificación de Alejandro Monroy del CIC.
DIVULGACIÓN DE CÓMPUTO CUÁNTICO
Cuando el kernel cuántico deja de aprender: concentración exponencial y estrategias de mitigación por Claudia Zendejas-Morales; la criptografía en la era cuántica: Una perspectiva matemática. de Javier Andrés Orduz y la computación cuántica: de la investigación científica al mercado de alta tecnología del doctor Salvador Elías Venegas.
