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En este artículo de invitado se aborda el complejo tema de la computación cuántica y un ejemplo de aplicación en la logística. Rainer A. Stawarz, fundador y CEO de K&S Informatik, especializada en soluciones aduaneras en Zúrich, intenta explicar con palabras sencillas, utilizando el ejemplo de la asignación de contenedores a espacios de almacenamiento en los terminales portuarios, lo que es posible con un algoritmo cuántico adecuado.
Por: Rainer A. Stawarz
(Zúrich) En este artículo se trata un problema que puede surgir en los puertos de contenedores: la asignación eficiente de espacios de almacenamiento para los contenedores que llegan. No solo es importante encontrar un espacio libre, sino también considerar qué carga tienen los contenedores circundantes. Esto es especialmente relevante para evitar accidentes como la grave explosión en el puerto de Tianjin en 2015.
El problema en resumen
Imaginemos que un gran buque portacontenedores, como el «Sovereign Maersk», llega a un puerto, en este caso Shanghai, y debe descargar 7,500 contenedores. El sistema portuario tiene la tarea de encontrar y reservar un espacio de almacenamiento adecuado para cada uno de estos contenedores.
En el mayor puerto de contenedores del mundo, en Shanghai, se manejaron más de 47 millones de contenedores estándar (TEU) en 2023. Esto significa que diariamente miles de contenedores deben ser almacenados y descargados nuevamente. Por lo tanto, un sistema eficiente para gestionar los espacios de almacenamiento es esencial.
Desafíos del método clásico
En los métodos convencionales, cada posible espacio de almacenamiento se verifica individualmente. Aunque cada verificación solo dura una fracción de segundo, el tiempo de cálculo puede acumularse a varias horas con miles de espacios y contenedores. En la práctica, existen optimizaciones, como agrupar contenedores similares o excluir ciertas áreas de la búsqueda. Sin embargo, pueden surgir cuellos de botella, especialmente cuando se endurecen las regulaciones legales sobre mercancías peligrosas, protección contra incendios o distancias de seguridad. En tales casos, el tiempo de cálculo se convierte rápidamente en un factor crítico.
El enfoque cuántico como solución
Aquí es donde la informática cuántica podría ofrecer una solución. En 1996, el matemático indio Lov Grover desarrolló un algoritmo cuántico que acelera significativamente la búsqueda en bases de datos. En lugar de buscar cada espacio de almacenamiento de forma individual, una computadora cuántica puede realizar la búsqueda con este algoritmo en muchos menos pasos. En nuestro ejemplo con 40,000 espacios de almacenamiento posibles, el algoritmo cuántico necesitaría solo aproximadamente 200 pasos de cálculo. Esto podría reducir el tiempo total de cálculo de varias horas a unos pocos minutos o incluso segundos, y sin comprometer la precisión.
Desafíos prácticos y perspectivas
Sin embargo, sigue habiendo un desafío: la evaluación de los espacios de almacenamiento se basa en varios criterios que pueden resumirse en un llamado «vector de idoneidad». Sin embargo, una computadora cuántica trabaja con qubits, que no pueden manejar directamente tales estructuras de datos complejas. Por lo tanto, el algoritmo tendría que ajustarse para procesar los criterios de evaluación individualmente. Esto podría ralentizar un poco el cálculo, pero aún así, el método sería significativamente más rápido que los sistemas convencionales.
Microsoft está cerca con el proyecto «Majoran 1»
En resumen, este artículo muestra cómo las computadoras cuánticas podrían revolucionar la logística en los puertos de contenedores, siempre que los conceptos teóricos se puedan implementar en la práctica. Los desarrollos actuales, como el proyecto «Majoran 1» de Microsoft, generan esperanza de que tales algoritmos cuánticos podrían convertirse pronto en realidad.
Rainer A. Stawarz es fundador y CEO de K&S Informatik.
Estudió instalaciones de energía nuclear e informática teórica.
Imagen de título: © Loginfo24
