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viernes, 17 de noviembre de 2023

Quantum Sensors vs. Quantum Computers: The Next 10 Years

 Algunas proyecciones interesantes sobre lo que vendra en los próximos 10 años: de los Quantum Sensors va los Quantum Computers. El mercado de hardware cuántico crecerá 3x más rápido que el de sensores

Quantum Sensors vs. Quantum Computers: The Next 10 Years

Quantum technologies are evolving at a rapid pace. Spurred by the promise of exponentially faster computation and classically unachievable sensitivity, billions of dollars are being poured into the development of quantum computers and quantum sensors. However, despite their shared use of quantum phenomena, including tunneling, entanglement, and superposition, each market's characteristics and ten-year outlook are quite distinct. Drawing on comprehensive reports covering both quantum technologies, IDTechEx separates hype from reality to compare the opportunities over the next decade.

What are quantum computers and quantum sensors?
 
Quantum hardware platforms enable the initiation and manipulation of quantum states. When interfaced with more established electronics, quantum phenomena enable new computing and sensing capabilities. Quantum computers require large numbers of entangled logical qubits to exponentially reduce computation times, with multiple competing modalities aiming to reduce error rates and enhance scalability.
 
While the sensitivity of quantum states to external factors creates challenges for quantum computer developers, the interaction of states with properties such as motion, magnetic field, and gravity facilitates quantum sensing. Similar quantum hardware platforms can be adapted into quantum sensors and quantum computers. This includes superconducting circuits, photonic systems, cold-atoms, and nitrogen-vacancy centers in diamond. More detail about these technology platforms is covered in the IDTechEx's reports "Quantum Sensors Market 2024-2044" and "Quantum Computing 2023-2033".
 
Application specific vs vertical agnostic
 
Few would deny that hype about quantum computers far outweighs that of quantum sensors. While quantum computers regularly hit the headlines while featuring in science fiction and popular culture (including a recent episode of the TV series Black Mirror), quantum sensors are yet to enter public consciousness. Even within the quantum technology community, quantum computing often overshadows interest in quantum sensing - look no further than most industry conference agendas and scientific abstracts.
 
Quantum computers attract most of the interest due primarily to their simple elevator pitch: an exponential reduction in computation time enabling far more complex problems to be solved than at present. Everyone uses a computer, so can easily appreciate the prospect of a much faster and more capable computer. The boom of interest in artificial intelligence (AI) serves only to amplify interest in quantum computing. Furthermore, while the specific problems quantum computing is best suited to tackle within each industry vary, the additional processing capabilities of a quantum computer is largely market vertical agnostic.
 
In contrast to this 'one-to-many' technology-to-application mapping of quantum computers, quantum sensors are far more application specific. Indeed, the 'quantum sensing' category represents a wide range of devices, each with a limited number of specific use cases. Device types include magnetic field sensors, gyroscopes, gravimeters, photodetectors, and even atomic clocks. Use-cases for these sensor types range from remote current sensing in electric vehicles and biomagnetic brain scanning to underground mapping and precision navigation. As such, the value offered by quantum sensing is specific within the industries for aerospace, automotive, geophysical surveying, and medical imaging. This technology-to-application specificity leads to a more fragmented ecosystem than quantum computing, diluting hype and competition.
 
Public and research interest in "quantum computing" arguably supersedes that of "quantum sensing". Source: IDTechEx
 
Government funding vs private funding
 
Column inches dedicated to new technology and market opportunity don't always correlate. The relative lack of hype in quantum sensing doesn't reflect a lesser market opportunity, at least in the near and medium term - in fact, quite the opposite is more likely true. For example, one of the biggest influences on the speed at which quantum technology will come to market is funding.
 
Globally, government spending is typically divided between computing, sensing (and imaging), and communications (networking). In many instances, spending committed to sensing, component manufacturer, and imaging is comparable to, if not greater than, that for quantum computing. This allocation of funding suggests that governments see societal benefits in supporting the development of quantum sensors.
 
Behind the headlines and the buzzwords, combined funding into quantum sensing, imaging, timing, and components is comparable, if not greater than for quantum computing. IDTechEx chart. Data sources: UK - Quantum Challenge Fund, US - Quantum National Strategy, EU - Quantum Flagship website and CORDIS database, Japan - Kaken database (keyword search).
 
On the other hand, the scale of private investment achieved by quantum computing companies in recent years has ballooned. Multiple quantum computer developers completed US$100 million dollar funding rounds - no doubt aided by the rise in public interest, as well as end-users from within the automotive, finance, chemical, and logistics industry. However, some of the most compelling business models see firms seeking to leverage quantum platforms for both computing and sensing, including established sensor companies such as Honeywell and newer players such as Infleqtion (Cold Quanta) and Qant.
 
Overall, the trend in quantum technology funding paints a mixed picture. While public money is broadly split equally between quantum computing and quantum sensing, the flow of private investment is far more focused on quantum computing. This could go on to limit the speed at which quantum sensing technology can be commercialized long term, as many of the challenges for component manufacture and miniaturization depend on high capital investment into specialist fabrication facilities. While significant progress is being made to miniaturize quantum sensing technology using semiconductor and MEMS fabrication techniques, many existing fabs have not invested in going quantum - instead focusing on more established, high-volume applications. Without more 'quantum fabs, ' opportunities for spin-outs to operate with a fabless business model are limited, which could stall the industry.
 
High-volume vs high value
 
A crucial difference in the material opportunity for the quantum sensing and quantum computing markets is that while the former has the potential to sell high volumes of hardware, the latter depends on the shared access high-value hardware. Precision and secure navigation applications could drive high-volume adoption of quantum sensors and atomic clocks. Source: IDTechEx
 
A quantum sensing application with the potential for high hardware sales volumes is timing and inertial navigation systems. Combinations of atomic clocks and quantum gyroscopes/accelerometers can provide precision navigation capabilities, even in GNSS (global navigation satellite systems) denied environments. Until now, chip-scale atomic clocks have remained expensive due to the complexity of manufacturing, thus limiting adoption. However, as more quantum foundry and fabrication facilities become available and investment into component and manufacturing optimization rises, IDTechEx forecast that chip-scale atomic clocks will become mainstream. The clearest addressable market would be within autonomous vehicles, where more precise sensors improve safety and redundancy.
 
As for quantum computing, most players are confident that for the next decade, most users will access the hardware via the cloud. Unlike some quantum sensors, particularly with chip-scale architectures, many quantum computers require large cooling infrastructure and space for readout electronics. As such, hardware providers will offer access through public and private clouds, often installing a limited number of systems into co-located data centers. Longer term, the install base for quantum computers 'on-premises' is expected to rise, but not until the tech is clearly out-performing classical hardware for value-generating problems.
 
A cloud-based quantum computing ecosystem will limit the number of hardware systems required for the next ten years. Source: IDTechEx
 
Market size vs. CAGR
 
Overall, while the value of quantum computer hardware will remain high (in some instances, millions of dollars per system), the high-volume markets for quantum sensors are expected to give this category the edge in market size for the next ten years. Even excluding tunneling magneto resistance (TMR) sensors, which have been rapidly adopted for remote current sensing within electric vehicles, by 2024 IDTechEx forecasts the quantum sensor market will generate more than six times the revenue of quantum computing hardware.
 
Looking further to 2034, and the market share achieved by both technologies is expected to begin equaling out. By 2034, users finding value in quantum computer use is expected to have grown significantly, increasing the demand on install base. Moreover, many quantum sensing markets outside navigation and timing could even begin to saturate - as new applications in gravity sensing and medical imaging remain relatively niche. The result would be a faster-growing quantum computer hardware market.
 
Even excluding established TMR sensors, in 2023 the market for quantum sensor hardware in 2023 is more than six times that of quantum computing hardware. Source: IDTechEx
 
Despite still remaining smaller in total size by 2034, IDTechEx predicts the market for quantum computer hardware will grow three times faster than the quantum sensor market in the next ten years. Source: IDTechEx
 
The caveat to these conclusions is the strong dependence on how quantum technology will be priced. Many players admit that pricing models for quantum computing are very challenging to produce while the quantum commercial readiness level remains low - and the price point required for quantum sensors to compete with others in the automotive and consumer markets is also up for debate. Finally, it would be naive to ignore the interplay between the quantum sensor market and the quantum computer market. Often quantum sensors are required to readout-out qubits in quantum computers, and the optimization of fundamental components such as lasers, gas cells, and photodetectors will be crucial to the success of both markets.
 
More technical and commercial details and twenty-year market forecasts can be found in IDTechEx's comprehensive reports "Quantum Sensors Market 2024-2044" and "Quantum Computing 2023-2033". The quantum sensors market report includes 17 individual forecast lines with technology categories, including: atomic clocks, magnetic field sensors, gyroscopes, gravimeters, and image sensors - covering superconducting, photonic, diamond, cold-atom, atomic vapor, and other key hardware platforms. The quantum computing report includes eight different technology categories, including: superconducting, photonic, trapped-ion, neutral atom, silicon spin, topological, diamond defect, and annealers.
 
Visit www.IDTechEx.com to find out more. Sample pages are available for all IDTechEx reports.
 
This article is from "Technology Innovations Outlook 2024-2034", a complimentary magazine of analyst-written articles by IDTechEx providing insights into a number of areas of technology innovation, assessing the landscape now and giving you the outlook for the next decade. You can read the magazine in full at www.IDTechEx.com/Magazine.
 
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Upcoming Free-to-Attend Webinar
The Next Five Years of Quantum Technology: Hype vs. Reality
 
Dr Tess Skyrme, Senior Technology Analyst at IDTechEx and author of this article, will be presenting a free-to-attend webinar on the topic on Tuesday 28 November 2023 - The Next Five Years of Quantum Technology: Hype vs. Reality.
 
In this webinar, IDTechEx will break down the quantum technology market and demystify some of the hype versus reality surrounding quantum computing, sensing and communications technology.
 
The following themes will be addressed:
  • What is the state of the quantum technology market in 2023?
  • Quantum Computing: Benchmarking friends and foes
  • Quantum Sensing: Sensitivity vs. SWAP-C
  • Quantum Communications: Trading on trust
 
Click here to find out more and register a place on one of the three sessions.
 
https://www.idtechex.com/en/research-article/quantum-sensors-vs-quantum-computers-the-next-10-years/30162 
 
"En cada revolución industrial, la industria emergente tuvo que resolver un problema energético: transporte y vapor, fábricas y electricidad... Las grandes compañías de IA van a construir sus propias fuentes de energía alternativa de siguiente generación (reactores)" J.Delachica
 
https://twitter.com/Delachica/status/1724696548146024928 

https://intafuturo.blogspot.com/2023/11/las-grandes-companias-de-ia-van.html
 
https://intafuturo.blogspot.com/2023/11/democracia-y-tecnologias.html
 

 

 

 

lunes, 6 de noviembre de 2023

Sabemos mucho sobre el cerebro, pero nos queda mucho más por conocer

 Sabemos mucho sobre el cerebro, pero nos queda mucho más por conocer

 https://lab.elmundo.es/cerebro/index.html

 6-11-2023

En 'El retrato de Dorian Gray', el escritor irlandés Oscar Wilde pone en la boca de lord Henry Wotton la frase "Los mayores acontecimientos del mundo suceden en nuestro cerebro". Wotton, el hedonista que guía por la noche londinense al todavía inexperto Dorian, continúa: "Es en el cerebro, y sólo en él, donde los grandes pecados del mundo suceden".

No, no vamos a hablar de pecados, que para eso ya están otros. Vamos a hablar del cerebro. De ese órgano, todavía misterioso, del que sabemos mucho, pero desconocemos todavía más.

Hace más de un siglo, en la misma época en la que Wilde presentaba en sociedad al hombre que no quería envejecer, el médico e investigador español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) descubría que las neuronas eran entidades individuales y no una masa continua como se pensaba hasta entonces.

El padre de la neurociencia llamó a un tipo de estas neuronas "misteriosas mariposas del alma, cuyo batir de alas quién sabe si esclarecerá algún día el secreto de la vida mental". Ramón y Cajal, quien recibió el Nobel de Medicina en 1906, habló además de la plasticidad cerebral , de su capacidad de ir cambiando a lo largo de la vida, y de cómo "el hombre puede convertirse en el escultor de su propio cerebro".

Vamos a adentrarnos en el órgano más complejo de nuestro cuerpo. Nuestra guía en este viaje fascinante es la neurocientífica Nazareth Castellanos , que dirige una investigación en la Universidad Complutense sobre cómo el cerebro se comunica con el resto del cuerpo. El director necesita a toda la orquesta afinada y en buen estado de forma. Apaguen los móviles y abróchense los cinturones, que nuestro avión está a punto de despegar.

Nuestro vuelo se presenta sin turbulencias y la hora de llegada es la prevista. Todo gracias al trabajo en equipo de la tripulación que nos pasa desapercibido mientras elegimos si vemos una película o nos echamos un sueño que nos haga más fácil el resto del día.

Lo mismo que ocurre en el interior de nuestro cerebro: tenemos unas 86.000 millones de neuronas a nuestro servicio (otras estimaciones elevan el número a 100 mil millones y otras las reducen a 85.000 millones), en comunicación constante, sin que nosotros seamos conscientes siquiera. El cerebro nunca para: representa sólo el 2% de nuestro peso corporal pero consume el 20% de nuestra energía.

En sólo seis minutos, Nazareth Castellanos nos explica en este vídeo el funcionamiento básico de nuestro cerebro y cómo es esa capacidad que tienen las neuronas de comunicarse entre sí lo que hace que el sistema sea tan complejo. Recuerden: 86.000 millones de neuronas, de las que puede ver su anatomía en el gráfico de más abajo. Esta comunicación se produce a través de la bioquímica ("los neurotransmisores, las hormonas que van y que vienen") y la biofísica ("la electricidad que va de una neurona a otra").

La neurocientífica, autora del libro 'Neurociencia del cuerpo' (Editorial Kairós), pone un ejemplo: "Imaginaos, yo ahora mismo estoy procesando la información visual, me están llegando muchas cosas. Esto lo recibe mi cerebro y empieza a generar electricidad que va mandando de un lugar a otro. Esa electricidad irá a las partes del cerebro involucradas en el procesamiento de la vista".

Partes, porque hace tiempo que se abandonó la idea de que cada habilidad se localizaba en una región cerebral. Tiene que haber una actividad coordinada de diferentes áreas cerebrales: "Definimos el cerebro como una red de áreas distinguibles pero conectadas", apunta.

"En neurociencia hablamos de regiones neuronales, que están formadas por millones y millones de neuronas. Medimos, por ejemplo, qué hace la corteza frontal, qué hace la amígdala, qué hace el hipocampo. Del mismo modo, cuando hablamos del cerebro entero y de las regiones cerebrales no hablamos tanto de una zona o de otra, sino de la comunicación que hay entre ellas. Lo que produce es que al final el procesamiento de la información sea siempre muy integral".

 

Hace poco más de una década, los neurocientíficos descubrieron tres ejes importantes que relacionan nuestro cerebro con otros órganos: el eje intestino-cerebro, el eje respiración-cerebro y el eje corazón-cerebro. El nervio vago "vagabundea" por el cuerpo y recoge la información de lo que sucede en nuestras vísceras y se la entrega al cerebro.

El más conocido es el eje intestino-cerebro. La microbiota es el conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, levaduras...) que habitan sobre todo en nuestro intestino y que tienen un papel fundamental en el sistema endocrino, en el inmune, pero también en el sistema nervioso y en el cerebro: "Lo que sucede en esos microorganismos afecta sobre todo a los procesos de aprendizaje y a los de generación de nuevas neuronas".

"Esto ya nos dice lo importante que es el cuidado del intestino durante la infancia y adolescencia, cuando el cerebro está en formación", cuenta Castellanos, quien destaca que los adultos tampoco deben olvidarse de una pieza fundamental. "El intestino está muy relacionado con la salud mental y con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas".

¿Cómo podemos entonces cuidar la microbiota? "Principalmente con una dieta saludable. Se ha visto que los niños que toman de forma regular comida basura tiene muchos más problemas al gestionar su propia emoción y al relacionarse con otros". También es importante el ejercicio físico , la medicación que tomemos, el ambiente en que vivamos y las relaciones sociales: "La microbiota es un espejo de cómo es nuestro estilo de vida".

 La forma en la que respiramos influye en las zonas cerebrales involucradas en la atención, en la memoria y en la gestión de las emociones . Fue en 2017 cuando la Universidad de Stanford publicó lo que denominó la 'neuroanatomía de la respiración'. Cuando se inspira por la nariz, las neuronas de los hipocampos, que son las zonas más involucradas en la memoria, se organizan de una forma más estructurada

"Cuando una zona del cerebro tiene una gran organización tiene más capacidad de hacer cosas. Entonces, en cada inspiración, las neuronas de mis hipocampos, alinean su actividad y por lo tanto yo tengo más recursos neuronales dedicados en este caso a la memoria. Se ha visto que uno de los momentos en los que tenemos más memoria es el momento de la inspiración cuando es nasal", explica esta investigadora.

También son importantes los tiempos. El ritmo del cerebro es incompatible con la respiración acelerada que solemos llevar en la vida actual: "Nuestro cerebro se excita cuando inspiro y se relaja cuando exhalo. Si no le damos tiempo suficiente a esa relajación, que le cuesta más que la inhalación,no le permitimos relajarse . Hay un artículo de la Universidad de Tokio muy interesante en el que vieron que las personas que tardan poco tiempo en exhalar tienden a ponerse más nerviosas, a estresarse más cuando llega una situación difícil de gestionar".

¿Cómo aprendemos a respirar? Observando nuestra respiración, tomarnos unos minutos a lo largo del día para ver cómo estamos respirando: "Aprendo a reconocer si me estoy poniendo nerviosa, si me estoy cansando, aprendo a discernir cómo son mis estados mentales. Si yo sé cómo trabajar mi propia respiración, aprendo a migrar de un estado cerebral a otro".

 Además, el corazón y el cerebro se comunican de una manera constante. El corazón es el órgano que más influye en el funcionamiento cerebral porque es al que más 'escucha'. Otra razón más para cuidar la salud cardiovascular: "La neurociencia dice que el corazón y el cerebro se comunican como asiento fisiológico de la percepción. Es decir, que para que yo pueda percibir y procesar lo que está sucediendo en este momento, mi corazón y mi cerebro tienen que estar en comunicación".

Pero no sólo en esa percepción de la información, también en la percepción de la información subjetiva. Nazareth Castellanos cita el modelo neuronal subjetivo propuesto por la Universidad de París, "la teoría más vigente en estos momentos": percibimos las cosas tal y como somos.

"El corazón aporta ese toque de subjetividad al recuperar mis memorias autobiográficas. Es decir, yo veo las cosas tal y como soy: he nacido en esta cultura y he vivido esto o esto otro, así que voy a ver la vida de una manera diferente a cómo la va a ver otra persona".

¿De qué otras formas podemos cuidarnos? Nazareth Castellanos señala cómo nos ayuda desarrollar la capacidad de ser amables con nosotros mismos, algo ya probado pero que no fue tomado cuando se formuló: "Correlaciona, por ejemplo, con la calidad de sueño, con la capacidad de aprendizaje o con la resiliencia. No es decirnos que todo está bien ni que somos estupendos, sino que es una mirada más tierna hacia nosotros, aunque nos estemos haciendo una autocrítica".

"Cuando nos criticamos a nosotros mismos de una forma agresiva, que es rigurosa, se activan unas zonas del cerebro. Cuando ante esa misma situación lo aceptamos con una mirada más bondadosa, más amable, se activan otras zonas del cerebro. Estas están más relacionadas con la plasticidad neuronal, es decir, con la capacidad de nuestro cerebro para reorganizarse, para cambiar".

"Hay un término que me parece fantástico y que es el potencial que tiene la dulzura desde el punto de vista terapéutico y de bienestar. Es una frase de un psiquiatra, uno de los grandes padres de la humanización de la medicina, que es Eugenio Borgna, que dice que la dulzura es hacernos comprender que somos merecedores de la vida que nos habita".

Por otro lado, el desarrollo tecnológico de los últimos años ha hecho que la neurociencia avance a pasos de gigante. Que incluso haya proyectos que suenan a ciencia-ficción para moldear desde fuera la actividad neuronal, lo que puede permitir que otras personas influyan en nuestra toma de decisiones y que tengamos la certeza de que la idea es propia. ¿A qué desafíos nos enfrentamos con este desarrollo exponencial que nos cuesta asimilar?

Esta investigadora destaca que cada vez se abren más puertas que beneficiarán desde el punto de vista terapéutico, lo que le hace ver el futuro con optimismo. Pero que conlleva que haya una reflexión global sobre cómo poner la técnica al servicio del ser humano y no al contrario.

"Aquí hablamos de neuroderechos", destaca. "Porque al tener la capacidad de influir en la dinámica neuronal, se puede influir en la toma de decisiones según en qué manos caiga esa tecnología. Creo que tiene que haber algún tipo de regulación por parte de las grandes instituciones". Para ella, es vital garantizar la privacidad personal: "Que la tecnología sea siempre nuestra sierva pero no nuestra ama".

"Usted señor Gray, usted mismo, con su sonrosada juventud y blanca adolescencia, ha tenido pasiones que le asustaron, pensamientos que le llenaron de terror, sueños estando despierto y dormido cuyos recuerdos podrían manchar sus mejillas de vergüenza".

Pasiones, pensamientos, sueños y recuerdos reunidos en el cerebro.

Ya saben. El lugar donde "suceden los mayores acontecimientos".

 “La microbiota es el conjunto de microorganismos que habita principalmente en nuestro intestino. Son bacterias, son hongos, son levaduras, son virus, pero sobre todo son bacterias. Esas bacterias tienen un papel muy importante en el sistema nervioso. Lo que sucede en esos microorganismos afecta en los procesos de aprendizaje y en los procesos de generación de nuevas neuronas”.

   https://www.youtube.com/watch?v=BcECA_TVjwY&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Flab.elmundo.es%2F&source_ve_path=Mjg2NjY&feature=emb_logo

 Vamos a adentrarnos en el órgano más complejo de nuestro cuerpo. Nuestra guía en este viaje fascinante es la neurocientífica Nazareth Castellanos , que dirige una investigación en la Universidad Complutense sobre cómo el cerebro se comunica con el resto del cuerpo. El director necesita a toda la orquesta afinada y en buen estado de forma. Apaguen los móviles y abróchense los cinturones, que nuestro avión está a punto de despegar.

“Hay una propiedad que, en el laboratorio, cuando analizamos los datos, siempre nos sale como absolutamente relevante, que es la capacidad de ser amable con uno mismo. Cuando esto empezó a estudiarse, fue muy criticado. Algo que me gustaría que cambiase es que hablar de la bondad, hablar de la amabilidad y hablar del amor dejase de ser un tema que se considerase superficial, sería fundamental que nos enseñasen a ser más amables con nosotros mismos”.

“La neurociencia dice que el corazón y el cerebro se comunican como asiento fisiológico de la percepción. Es decir, que para que yo pueda percibir y procesar lo que está sucediendo en este momento, mi corazón y mi cerebro tienen que estar en comunicación”.

“La forma en la que respiramos influye en las zonas cerebrales involucradas en la atención, en la memoria y en la gestión de las emociones. La respiración nasal es la más adecuada. Las neuronas de mis hipocampos, que son las zonas más involucradas en la memoria, se organizan de una forma más estructurada cuando inspiro por la nariz. Uno de los momentos en los que tenemos más memoria es cuando inspiramos de forma nasal”.