Mathematics for data processing

Spain leads pioneering initiatives in mathematical research and model development, thanks to the work of universities and the CSIC. However, the importance of mathematics in our economy is still far below that of other European countries.

Las matemáticas son una ciencia aparentemente invisible. Aunque no las vemos, están detrás de millones de cosas cotidianas, como comprobar nuestros correos electrónicos o las predicciones meteorológicas. Apostar por las matemáticas garantiza el desarrollo y el crecimiento económicos. Son clave para acelerar la innovación. La Comisión Europea quiere fomentar el desarrollo de nuevos algoritmos y modelos matemáticos para que los estados miembros lideren la transformación digital, el diseño de nuevas herramientas de diagnóstico y nuevos métodos criptográficos, que puedan ayudarnos a enfrentar los posibles ataques de seguridad llevados a cabo desde los ordenadores cuánticos.

Las matemáticas estudian las propiedades de los números, los símbolos y las figuras geométricas. A simple vista, cuesta comprender la importancia de esta ciencia en nuestra vida cotidiana, pero, en realidad, son fundamentales para el desarrollo económico. En concreto, Manuel de León, profesor de investigación del CSIC y exdirector del Instituto de Ciencias Matemáticas, destaca tres formas en que las matemáticas benefician directamente a la sociedad. En primer lugar, nos permiten racionalizar, analizar e interpretar los datos –desde las predicciones meteorológicas a los resultados de una resonancia magnética–, lo que equivale a comprender mejor el mundo. También permiten una sociedad más segura gracias a los algoritmos y la criptografía, que protegen nuestras comunicaciones, nuestras cuentas bancarias y nuestros datos. Por último, las matemáticas facilitan el desarrollo de modelos para minimizar la incertidumbre y predecir la evolución de fenómenos complejos, como por ejemplo la pandemia de COVID-19. Algunos de estos sistemas, por ejemplo, calculan la necesidad de camas en las unidades de cuidados intensivos utilizando tanto complejas ecuaciones matemáticas como tecnologías de inteligencia artificial. Esto facilita la gestión de la epidemia y evita el colapso de los recursos sanitarios.En definitiva, las diferentes ramas de las matemáticas son clave para la sociedad, y seguir invirtiendo en investigación y desarrollo garantiza un impacto positivo en la economía.

En 2030, habrá el doble de dispositivos conectados a internet que ahora, según Statista. Estas cifras serían imposibles sin las contribuciones de las matemáticas a las telecomunicaciones, que nos permiten comprimir y descomprimir información de manera eficiente y segura. Gran parte de este trabajo está basado en estudios desarrollados en los siglos XVIII y XIX por el matemático francés Joseph Fourier. Sus fórmulas permiten descomponer señales y funciones matemáticas complejas en expresiones más sencillas conocidas como ‘series’. Además, estas transformaciones son reversibles. Por tanto, también hacen posible recomponer los fragmentos y descomprimir la información. Estos procesos permiten manejar e interpretar señales mientras viajan por los dispositivos eléctricos y electrónicos. La información de ceros y unos se transforma en pulsos electromagnéticos y viceversa.

Estos avances matemáticos también han permitido el desarrollo de formatos digitales que almacenan la información de forma eficiente. Un ejemplo clásico son los algoritmos JPEG, que utilizan sucesivas transformaciones de Fourier para comprimir la información de una imagen. Una vez comprimidas, las imágenes JPEG contienen menos información que una fotografía original, pero son mucho más ligeras y nos permiten guardar entre seis y diez veces más datos en el mismo espacio. Actualmente, el almacenamiento de datos es una de las industrias más contaminantes del planeta, responsable de una huella de carbono comparable a todos los viajes en avión. Según algunas estimaciones, en 2025 los centros de datos consumirán un 20% de toda la electricidad generada y, en 2040, serán responsables de un 15% de las emisiones de gases de efecto invernadero; comparable a las emisiones de EE. UU. hoy en día.

Curiosamente, el hombre que descubrió las herramientas matemáticas que nos ayudarán a mitigar el impacto de nuestro consumo masivo de datos, Joseph Fourier, fue el primer científico en observar el efecto invernadero. Después de estudiar la transmisión de calor durante años, observó que la temperatura de nuestro planeta era mucho más alta de lo que predecían sus modelos y sugirió que la atmósfera, de algún modo, era responsable de mantener la Tierra cálida.

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