La conexión entre el Nobel de Física y San Sebastián

Pocas horas después de que la Academia de las Ciencias Sueca anunciara la identidad del Nobel de Física de 2024, el investigador Ikerbasque de Nanogune Pablo Piaggi comenzó a recibir felicitaciones. No había ganado el premio, pero casi, porque su nombre había quedado ligado al de los dos galardonados: John Hopfied y Geoffrey Hinton. Ambos están considerados como los hombres que han sentado las bases de la inteligencia artificial. Son los padrinos de una revolución que ya está cambiando el mundo.

La academia, que ha premiado a los dos científicos por «descubrimientos e invenciones fundamentales que permiten el aprendizaje automático con redes neuronales artificiales», realizó el anuncio con un comunicado en el que exponía los motivos de su decisión y hacía un repaso de los avances que se han producido en el campo en el que trabajan los galardonados. Las redes neuronales, señala el texto, se emplean en algunas aplicaciones «como aproximador de funciones, es decir, son utilizadas para proporcionar un 'imitador' del modelo de física en cuestión». «Esto puede reducir significativamente los recursos computacionales necesarios, lo que permite probar sistemas más grandes a mayor resolución», sostiene la academia, que incluye en su argumentación 52 referencias de trabajos publicados por diferentes científicos.

«De este modo –prosigue la academia– se han logrado avances significativos, por ejemplo, para mecánica cuántica de problemas de muchos cuerpos», es decir, de sistemas formados por gran número de partículas en interacción, desde la óptica de la física cuántica. Y es aquí, en la referencia número 39, donde aparece el nombre de Piaggi y varios compañeros por sus investigaciones en la Universidad de Princeton.

«Dicen que mi trabajo fue un avance significativo, que no es poco en un campo tan competitivo como este donde muchísimos investigadores en todo el mundo hacen cosas increíbles. Para mí ha sido algo muy impactante, recibí muchísimas felicitaciones», afirma el investigador argentino en su despacho de Nanogune.

Piaggi es ingeniero de materiales especializado en simulaciones por computadora. Llegó al centro de investigación donostiarra desde Princeton el pasado mes de febrero, tras aceptar una oferta de Ikerbasque para venir a investigar a San Sebastián. «Ofrecen posiciones competitivas en el entorno internacional y unas buenas condiciones de trabajo», afirma. En el centro donostiarra realiza simulaciones por ordenador. «Uno de los temas en los que trabajo mucho es intentar entender cómo se forman los materiales, cómo crecen, cómo, por ejemplo, un sólido se crea a partir de un líquido. Intento entender el fenómeno a escala atomística, átomo a átomo».

En el trabajo que ha sido destacado por la academia sueca, Piaggi y sus colegas utilizaron la inteligencia artificial para poder simular la interacción entre átomos en el proceso de transformación del agua de líquido a hielo. Dicho así, no parece un conocimiento demasiado trascendental, pero las apariencias a menudo suelen engañar. «Este es un problema de gran relevancia para la predicción del clima y la mitigación del cambio climático», explica Piaggi.

La simulación que llevaron a cabo describe cómo las moléculas de agua se transforman en hielo sólido con un nivel de precisión cuántica que hasta hace muy poco se creía inalcanzable. «Si hace cinco años nos hubiesen preguntado si sería posible simular fenómenos de esta complejidad desde los primeros principios, la respuesta de la comunidad científica hubiese sido un tajante no».

Piaggi abre un archivo de su ordenador y en la pantalla aparece una simulación. A simple vista son, más o menos, unas pequeñas bolas de colores que se mueven sobre otras bolas algo más grandes dentro de un espacio cúbico. Parece un juego de ordenador, una especie de tetris puesto al día. «Es una superficie de calcita expuesta al agua. Lo que hacemos es simular la dinámica de los átomos. Es divertido», explica el investigador.

«La comprensión microscópica muchas veces es importante, porque cuando uno entiende algo también lo puede controlar», dice Piaggi, mientras muestra la simulación de la calcita. «Está hecha con inteligencia artificial. Es un sistema de unos 50.000 átomos, que es algo totalmente imposible de hacer directamente resolviendo las ecuaciones de la física». Es un ejemplo del poder de las redes neuronales, que han cambiado por completo el terreno de juego de la ciencia.

Gracias a los avances algoritmos creados por Hopfield y Hinton para entrenar los modelos de inteligencia artificial, es posible hacer en un día cálculos que antes tardaban años en resolverse. «No solo es una cuestión de tiempo, también podemos simular sistemas enormes», asegura Piaggi. «Antes podíamos simular sistemas con mil átomos, que es bastante, pero son muy pequeños. Hoy podemos simular tranquilamente cien mil o un millón de átomos, y eso nos permite abordar fenómenos que antes no podíamos atacar».

Gracias a la inteligencia artificial es posible diseñar materiales en el ordenador con una mayor resolución y calcular propiedades con una velocidad asombrosa. «Antes se tardaban meses y hoy se tardan horas. Es una revolución y estamos al principio», dice Piaggi.

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