Les quatre revolucions científiques que viurem

El 'big data'

La informació és poder i analitzar-la bé serà clau

El big data, o dades massives, ja és una realitat. Qualsevol ciutadà, només amb el seu telèfon mòbil, acumula cada dia més i més informació, mentre no deixa de generar-ne de nova. A un nivell més elevat, els científics treballen en com es gestionarà tot plegat i, també, en la creació de nous mètodes que permetin un emmagatzematge més eficient. Dissenyar la manera com es podrà destriar el gra de la palla és una altra derivada clau. Ho resumeix la coordinadora de les activitats de big data del Barcelona Supercomputing Center (BSC), Rosa Badia, amb un projecte molt concret: el Pan-Cancer, una iniciativa mundial que analitza l’origen genètic del càncer, però que per fer-ho compara milers de genomes humans. No és simple.

Fins aquí la part més propera, diu Badia, perquè el BSC treballa en la revolució del big data però a tots els nivells que implica la informàtica: millores en el maquinari i el programari, nous models de programació o la tecnologia per emmagatzemar dades batejada com a NVRAM ( non-volatile random-access memory ), que permetrà en un “futur proper” que les memòries RAM també siguin capaces de guardar informació. L’aplicació d’això, per exemple, és “que el científic pugui avançar en la seva recerca d’una manera més fàcil”, perquè el BSC fa recerca primària i això té un impacte potencial sobre altres disciplines. No és l’única aplicació, perquè la informàtica també és cabdal per entendre com funcionen les neurones del cervell i, per exemple, el BSC està col·laborant en el disseny d’una supercomputadora que imiti el comportament d’un cervell humà. Això es fa dins del Human Brain Project, engegat per la Unió Europea en un camp molt ampli que també s’associa amb els futurs robots intel·ligents.

Però per entendre la importància d’una infraestructura com el BSC potser només cal fixar-se que hi treballen 460 persones de 44 països diferents: un creixement exponencial des de les poc més de 60 persones que van engegar el centre quan es va crear la institució, l’any 2005. Actualment, a Europa hi ha sis grans centres de supercomputació en quatre països, associats al voltant de l’anomenat PRACE -properament s’hi incorporarà també Suïssa-, i un d’aquests és el BSC i està instal·lat a Barcelona. La seva màquina més potent és l’ordinador MareNostrum. Hi ha una altra dada que demostra la capacitat d’una infraestructura així per generar riquesa: dels 25 milions d’euros que té de pressupost anual, la gran majoria provenen de la captació de projectes competitius de la UE i d’empreses privades, i només 7 milions són de finançament institucional -el 60% l’aporta l’Estat, el 30%, la Generalitat, i el 10% restant, la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

“Les tècniques de big data són una eina molt potent per extreure coneixement de forma ràpida d’una gran quantitat de dades”, afegeix Badia. El BSC és òptim per fer aquesta feina, perquè és un centre públic i gratuït per a la ciència europea. “No hi ha punt de comparació amb les eines que tenia un científic fa 40 anys”, rebla Badia.

El grafè

Un material que envairà tots els racons del món

Resistent, flexible, elàstic, amb una capacitat peculiar per interactuar amb la llum i un potencial extraordinari per fer de conductor tèrmic i elèctric. Així és el grafè, el material cridat a envair tots els racons del món perquè, a més, és senzill d’incorporar a altres materials. “Hi ha moltes aplicacions en les quals el grafè aporta un fet diferencial”, explica el professor de l’ICREA Stephan Roche, líder d’una línia de recerca amb aquest material a l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2). El futur és tan prometedor que les inversions arreu del món no paren de créixer, tan públiques com privades. La Unió Europea li ha dedicat un projecte únic, el Graphene Flagship, dotat amb 1.000 milions d’euros durant una dècada i que implica l’esforç conjunt d’una vintena de països.

Dins d’aquesta aposta, que s’ha dividit en quinze estratègies diverses, l’ICN2 en lidera dues, la que té a veure amb l’espintrònica -podria donar peu a reduir de manera brutal el consum energètic de l’electrònica- i la de les hipotètiques aplicacions mèdiques que poden desembocar en la creació d’implants al cervell per tractar malalties com el Parkinson, entre d’altres. Per desenvolupar aquestes dues línies, resumeix Roche, l’ICN2 ha captat 1,2 milions d’euros d’inversió europea.

La recerca amb grafè a Catalunya, però, té un altre actor imprescindible: l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO). El centre es va crear el 2002 i, malgrat la crisi, el seu creixement ha sigut tan gran que actualment hi treballen unes 400 persones i ja han passat per les seves instal·lacions prop d’un miler d’ICFOnians. Han obtingut fins a 21 ajuts del Consell Europeu de Recerca (ERC), una xifra que en proporció a la mida de la institució probablement no està igualada per cap altra entitat de tot el continent.

Ho corrobora el Premi Nacional de Recerca 2016 i un dels líders mundials en aquest material, Frank Koppens. “Hi ha més de 2.500 materials amb el gruix d’un sol àtom i encara hi ha molt per descobrir”, afegeix.

Això és el futur, però el present del grafè ja ha permès a una empresa italiana construir un casc que redueix al mínim el risc de traumatisme cranioencefàlic o, al mateix ICFO, fer un dispositiu portable ultraprim que mesura paràmetres corporals. També treballen en elements de visió nocturna o per al sector de l’automòbil.

A més a més, per als productes d’alta tecnologia, el grafè és fàcil de produir, tot i que encara s’ha de millorar el sistema per fer-ho a gran escala. El futur sembla cridat a escriure’s amb grafè, però potser en pantalles plegables.

Tecnologia quàntica

Batalla sense treva per fer el primer càlcul impossible

“Està previst que el 2017 s’assoleixi la supremacia quàntica. Serà quan es faci un càlcul que encara no s’ha fet amb la tecnologia actual”, assegura José Ignacio Latorre, catedràtic de física teòrica de la Universitat de Barcelona (UB). John Martinis, el cap de computació quàntica de Google, és qui sembla cridat a aconseguir-ho, però quan això passi la batalla larvada en els últims anys es convertirà en una guerra oberta, en la qual tothom voldrà aconseguir la mateixa tecnologia, inclosos sectors com la banca o la defensa. Qui sigui capaç de posar en marxa la computació quàntica, aclareix Latorre, serà capaç d’interferir qualsevol missatge que circuli per internet però, també, tindrà la capacitat d’encriptar les seves comunicacions de manera que ningú més les pugui desxifrar. La inversió en aquest camp, de fet, ja s’ha multiplicat per cent en els últims dos anys, però això no és res comparat amb el que ha de passar. “Ens aboquem a un futur quàntic molt potent”, afegeix Latorre.

És difícil d’explicar, i potser més difícil d’entendre, però ja fa temps que científics i físics de tot el món treballen en un nou sistema de computació que substitueixi la informàtica actual. Els ordinadors que coneixem, fins i tot els més potents, funcionen perquè tota la seva informació es resumeix en un codi binari d’1 i 0. En canvi, en la computació quàntica -que funciona amb qubits i no amb bits- són els àtoms els que hi intervenen, i els àtoms són capaços de superposar-se. Això permetria provar totes les solucions d’un problema a la vegada, i no fer un procés darrere de l’altre. En definitiva, seran ordinadors impossibles de piratejar i milions de vegades més ràpids. “El càlcul amb lògica quàntica no serà reproduïble en els millors centres de supercomputació actuals”, rebla Latorre.

El relleu dels ordinadors actuals, però, no serà immediat. Falten anys de recerca i, tot i que a Catalunya hi ha desenes de físics treballant en aquestes idees, encara és una àrea petita en comparació amb d’altres. Ara, el ministeri d’Economia i la Generalitat estudien com accelerar aquesta recerca, en la qual Catalunya és capdavantera a l’Estat -segons assegura el catedràtic de la UB-: per exemple, acull el think tank Barcelonaqbit, sorgit el 2015 a Suïssa. Europa, per la seva banda, hi ha compromès 1.000 milions d’euros durant la pròxima dècada a través del seu programa Quantum Flagship.

El futur quàntic, però, no inclou només ordinadors. També es podran simular molècules per entendre millor les seves propietats o mesurar-ho tot amb molta més precisió, i a la pràctica construir GPS que en comptes de tenir una variabilitat d’un metre la tinguin de només una micra, o rellotges amb un marge d’error de només un segon en tota l’edat del Univers. Això tindrà aplicacions directes sobre la conducció autònoma i la navegació aeronàutica, per exemple. “Els físics ja estem acostumats que la gent no s’ho cregui. La societat ja s’ho anirà trobant”, diu Latorre. Ell sap del que parla. Quan va tornar de Suïssa el 1991 i explicava que s’havia creat internet, ningú s’ho creia. Ara, tothom utilitza la WWW.

Energia de fusió

El reactor que jubilarà les centrals nuclears

Una font d’energia neta, segura, abundant i barata. Aquest és el somni de la humanitat des de fa segles, i sembla que aquí hi tindrà molt a dir la fusió nuclear. Es tracta d’un concepte radicalment diferent de la fissió nuclear, que és com funcionen les centrals atòmiques actuals com Ascó i Vandellòs. Dit d’una altra manera, la fissió allibera energia a base de dividir nuclis atòmics, mentre que la fusió ho fa a partir d’unir-los. Addicionalment, la fusió permetria deixar enrere els dos inconvenients principals de la fissió: la radioactivitat que conserva durant segles el combustible gastat i el risc d’accident similars a Txernòbil o Fukushima.

“El Sol produeix calor a l’espai. Nosaltres pretenem fer el mateix a petita escala”, apunta Jesús Izquierdo, responsable d’integració tècnica de Fusion for Energy (F4E), el projecte europeu que ha de servir per construir el primer reactor de fusió del món, i que a la vegada ha sigut batejat com a ITER - camí en llatí-. L’ITER va arrencar el 2007 amb una vida prevista de 35 anys, agrupa els 28 països de la Unió Europea més Suïssa però també Rússia, l’Índia, els EUA, la Xina, Corea del Sud i el Japó. En definitiva, el 80% del PIB i la meitat de la població que hi ha al món. El reactor s’està construint a Cadarache, al sud de França, i F4E és l’organització europea que l’ha de fer possible, explica Izquierdo, que també és doctor en energia nuclear per la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). Barcelona té un paper molt actiu en tot plegat, perquè acull l’oficina principal de F4E, on es treballa en el disseny i la compra de tots els dispositius que faran realitat aquest reactor experimental, i des d’on es gestionen els 6.600 milions d’euros que hi invertirà Europa. De moment ja s’han gastat 4.400 milions perquè el reactor de Cadarache, que ocupa un espai d’unes 70 hectàrees, està força avançat i es preveu que estigui enllestit el 2020.

La fusió és la manera com les estrelles generen energia, però reproduir aquest procés a la Terra no és senzill. Cal escalfar els gasos a temperatures molt elevades -150 milions de graus centígrads- per produir un plasma que es mantingui aïllat durant un període de temps suficient perquè es produeixi la fusió. Això ja s’ha aconseguit al laboratori, però fins ara el procediment gasta més energia que no pas en genera. L’ITER, que funcionarà amb hidrogen i liti -elements molt més presents a la Terra que no pas l’urani de la fissió-, està dissenyat per produir fins a deu vegades més energia de la que es gasti per iniciar la reacció, però el procés només tindrà una durada de 400 segons. Ara bé, els experiments científics es prolongaran durant dues dècades, seran progressius fins a produir uns 500 megawatts, i els científics confien que sigui el primer pas per a la construcció de reactors comercials que es connectin a la xarxa elèctrica.

En tot cas, Izquierdo posa l’èmfasi més enllà, i assegura que gràcies a la feina que fan les 400 persones que treballen a l’oficina europea del F4E que hi ha a Barcelona també s’aconseguirà alimentar altres camps científics, com la medicina, la indústria dels materials o les telecomunicacions. La construcció de l’ITER obliga a innovar i a crear nous equipaments, com aïllants, catalitzadors, superconductors, cristalls o imants amb una potència mai vista, i això crearà noves línies de negoci i enriquirà laboratoris i empreses. “Aquesta no és la idea d’un grupet de científics que volen jugar. És la solució a un problema global”, diu Izquierdo.