La computación cuántica se presenta como uno de los mayores aliados de la salud para los próximos años.
La informática cuántica se ha posicionado como la protagonista de la próxima gran revolución en el sector de la medicina. Las ventajas de esta tecnología son infinitas en numerosos campos, pero especialmente en lo que afecta al sector de la salud.
«Gracias a los procesos de las tecnologías cuánticas informáticas, problemas que requerían días, meses o años enteros para ser resueltos, ahora tan solo serán cuestión de segundos.»
La unión de física cuántica y tecnología cuántica emplea la nanotecnología, la inteligencia artificial y especialmente la computación cuántica para procesar grandes volúmenes de datos, crear simulaciones, desarrollar fármacos a medida, manipular órganos a nivel molecular…
¿Qué aplicaciones en la medicina tiene la tecnología cuántica? ¿En qué se basa? ¿Qué nos puede deparar el futuro? En este artículo, vamos a analizar al detalle el nuevo paradigma de la tecnología cuántica en el campo sanitario.
Qué es la tecnología cuántica y cuál es su relación con la medicina
Las tecnologías cuánticas son las protagonistas de la penúltima revolución en la medicina, prometiendo tener un impacto disruptivo en este sector.
Si bien los hospitales llevan décadas usando tecnologías cuánticas como el láser o las imágenes por resonancia magnética (IRM), las tecnologías cuánticas emergentes, especialmente en ordenadores y otros dispositivos y sistemas, tendrán un impacto todavía mayor, permitiendo el desarrollo de medicamentos a medida, manipular órganos a nivel molecular de forma inocua, etc. Sin embargo, lo primero y más importante es saber en qué consisten realmente las tecnologías cuánticas.
Esta rama se basa en dos principios: la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico. Gracias a ellos, desarrolla una computación distinta a la tradicional, capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico. Aprovechando la mecánica cuántica, es decir, la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas, se superan las limitaciones de la informática clásica.
En resumen: utiliza y aprovecha propiedades y características del mundo microscópico que no suceden en el mundo macroscópico y que tienen un gran potencial por delante. Dentro de las tecnologías cuánticas emergentes, para el futuro de la medicina y la salud destacan sobremanera la computación cuántica, la simulación cuántica y la óptica cuántica.
La computación cuántica y la simulación cuántica son dispositivos que pueden realizar ciertos cálculos y simulaciones exponencialmente más ágiles y veloces que los ordenadores actuales. La óptica cuántica es el estudio de todo tipo de procesos ópticos, como la emisión y absorción de radiación por parte de la materia.
Ventajas y aplicaciones de la computación cuántica en la salud
La informática cuántica, como decimos, ya es una realidad. Incipiente, eso sí, pero abriendo cada día todo un mundo de posibilidades en el sector salud. Problemas que se tardarían en solucionar años y años se van a poder resolver en segundos con la informática cuántica.
¿Cómo? Por ejemplo, de cara al futuro se prevé la creación de algoritmos de inteligencia artificial más avanzados, ayudando a encontrar métodos de tratamiento más eficientes por tipos de pacientes o investigando estructuras de moléculas complejas. Esto, a su vez, permitirá descubrir nuevas medicinas y materiales para su uso clínico, impulsando el aprendizaje automático gracias al gran flujo de datos e imágenes médicas vía Inteligencia Artificial y/o Machine Learning. Y a su vez, en el campo de la seguridad, se mejorará en la protección de datos médicos.
Pero hay mucho más.
Seguramente, las tres principales áreas en las que cause una gran revolución la computación cuántica son:
1. los tratamientos con medicamentos
Por un lado, con esta tecnología se pueden diseñar tratamientos farmacológicos a medida y en menor tiempo. La creación de medicamentos es un proceso complicado, lento y delicado, sin embargo con la computación cuántica el tiempo en cada fase se reduce drásticamente.
2. el diagnóstico
Por otro lado, gracias a los avances en computación cuántica, se pueden desarrollar técnicas capaces de detectar la eficacia de la quimioterapia después de una sola dosis, evaluar los tejidos de una resonancia magnética comparándolos con muchos otros ya almacenados o conocer la efectividad de un tratamiento en minutos o días.
3. la gestión de datos
Finalmente, los ordenadores cuánticos también impulsan el Big Data y la IA, facilitando el registrar, ordenar y analizar cantidades masivas de datos complejos y encontrar patrones en ellos en tan solo unos segundos, gestionando de forma mucho más eficaz los datos de salud. Será un agilizador absoluto de los procesos sanitarios.
Inversiones y alianzas
Una de las mayores muestras de inversión y alianzas en tecnología cuántica es la colaboración entre la consultora internacional Accenture, la compañía de software cuántico 1Qbit y la firma de biotecnología Biogen.
El objetivo es diseñar la primera aplicación cuántica capaz de desarrollar soluciones médicas para problemas como la esclerosis múltiple, el Alzheimer, el Parkinson o la enfermedad de Lou Gehrig. A su vez, en el instituto de investigación nacional japonés Quantum and Radiological Science and Technology, ya emplean técnicas no invasivas para detectar un tumor sólido en media hora, determinar el mejor tratamiento posible, y predecir su eficacia terapéutica.
Coronavirus y tecnología cuántica
Optimizar la detección de nuevas variantes de Covid-19 se ha convertido en uno de los grandes objetivos de la tecnología cuántica dentro del ámbito sanitario. Y recientemente, basándose en simulaciones, diversos investigadores han desarrollado una nueva estrategia sobre la detección del virus SARS-CoV-2 y cualquiera de sus variantes
Concretamente, científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han propuesto la posibilidad de realizar pruebas de detección de Covid-19 con tecnología cuántica. Este sistema facilitaría la realización de pruebas de forma más rápida y menos costosa, además de una mejor lectura, más precisa, e interpretación de los resultados.
Tanto los test rápidos como las PCR han sido importantes hasta el momento, sin embargo, requieren un tiempo de procesamiento de varias horas y no tienen la capacidad de cuantificar la cantidad de virus presente, por no mencionar el problema de los falsos positivos en algunos casos.
Según datos del MIT, los falsos positivos se dan en el 25% de todas las pruebas. Al respecto, el análisis de su último trabajo muestra tasas de falsos negativos por debajo del 1% y una alta sensibilidad para detectar la carga del ARN viral, en tan solo un segundo.
Dicha tecnología se vale de defectos a escala atómica en pequeños trozos de diamante, conocidos como centros de vacantes de nitrógeno (NV). Estos pequeños defectos son extremadamente sensibles a pequeñas perturbaciones, gracias a los efectos cuánticos que suceden en la red cristalina del diamante.
El nuevo método implicaría recubrir los nanodiamantes, que contienen estos centros VN, con un material que está acoplado magnéticamente a ellos y que ha sido tratado para que se una solo con la secuencia de ARN específica del virus. Cuando el ARN del virus está presente y se une a este material, interrumpe la conexión magnética y provoca cambios en la fluorescencia del diamante que se detectan fácilmente con un sensor óptico basado en láser.
Según los investigadores, el sensor tan solo emplea materiales de bajo coste y los dispositivos se podrían ampliar para analizar un lote completo de muestras a la misma vez.
La propuesta del MIT se ha concretado a partir de simulaciones matemáticas de resultado exitoso, si bien siguen trabajando para desarrollar un dispositivo funcional a escala de laboratorio que pueda ser comercializado o empleado en los centros sanitarios.
Tecnología cuántica con diamantes para detectar enfermedades
En España, la Universidad de Murcia (UMU) albergará el primer laboratorio español de tecnología cuántica que empleará diamantes para la detección precoz de enfermedades.
Este proyecto posibilitará la puesta en marcha del primer laboratorio de España de tecnologías cuánticas basadas en sensores NV (Nitrógeno y vacante).
Mediante este proyecto de investigación liderado por el profesor Javier Prior, la región será referente en el estudio de patologías en estadios muy iniciales de las mismas. “Los sensores implantados en diamantes permitirán un temprano diagnóstico de algunas enfermedades”, comentó el profesor.
Estos sensores cuánticos consisten en la “implantación de un átomo de Nitrógeno dentro de la estructura cristalina de un diamante junto al que se posiciona una vacante, un ‘hueco’ en la estructura del diamante donde no se posiciona ningún átomo”, afirmó Prior.
Los sensores actúan como un electrón aislado donde su estado cuántico se mantiene prolongadamente en el tiempo, pudiéndose manipular con mucha precisión en el laboratorio. Así, la sensibilidad de este dispositivo a cualquier agente extraño generado por la enfermedad «nos permite detectarla en un estadio inicial de la misma», añade el investigador de la UMU.
Los hospitales llevan la iniciativa privada
La noticia la conocimos en 2021. El primer ordenador cuántico para una empresa privada se entregó en un hospital. Concretamente, el Hospital Clínico de Cleveland tendrá a su disposición, de forma pionera, un ordenador cuántico con el que investigará el genoma humano y otras áreas en un ambicioso proyecto que realizará con la ayuda de IBM. La combinación de esta tecnología entremezcla la inteligencia artificial y un enfoque orientado hacia la nube.
Este ordenador tendrá la capacidad de procesar más de 1.000 qbits destinados a la investigación de la salud.
De esta forma, como parte de un proyecto de 10 años de colaboración, el centro médico sin ánimo de lucro se ha convertido en la primera empresa del mundo en el mercado privado en disponer de un ordenador con tecnología cuántica.
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