La invención de las computadoras y el Internet marcaron el comienzo de una era digital y, por tanto, un hito en la revolución tecnológica. Sin embargo, una nueva era liderada por la ciencia cuántica podría estar a un punto de comenzar.

Y es que, esta ciencia es la base de algunas tecnologías, como el láser e imágenes de resonancia magnética (IRM), que ya se utilizan en la medicina y que hasta hace poco no se habían reconocido como cuánticas. Si bien este concepto no es nuevo, están surgiendo nuevas tecnologías disruptivas que usan de forma más directa el potencial cuántico y que prometen cambiar por completo la percepción que tenemos de la ciencia. 

¿Qué es la física cuántica?

Vista microscópica de partículas

Por muchos años ciertos fenómenos científicos, como el electromagnetismo y la termodinámica, se explicaron gracias a la física clásica. No obstante, otros fenómenos físicos a nivel microscópico que no se lograban entender dieron lugar a una nueva teoría, la Mecánica Cuántica.

Esta ciencia, nacida entre 1900 y 1930, describe y explica cómo funciona el mundo microscópico –ecosistema de electrones, átomos y moléculas –, pero con incidencia a escala macroscópica. De hecho, la física cuántica analiza fenómenos que a simple vista no podemos comprender como la presencia de una misma partícula en varias posiciones al mismo tiempo (superposición cuántica).

Esos fenómenos subatómicos representan la base de algunas tecnologías que están llamadas a causar un gran impacto en la sociedad. Entre ellas, la computación cuántica, simulación cuántica, criptografía cuántica y óptica cuántica.

Comunicaciones cuánticas: una tecnología a prueba de hackers

Tal como mencionamos anteriormente, las tecnologías cuánticas prometen causar un gran impacto en la sociedad. Por un lado, se presentan como una amenaza para la ciberseguridad actual, pues se estima que los ordenadores cuánticos sean capaces de romper la criptografía que protege las comunicaciones en Internet, blockchain y hasta las redes 5G. Eso significa que ninguna comunicación estará a salvo de espionaje.

Hacker detrás de un pantalla

Por otro lado, en un escenario donde se cuente con el hardware e infraestructura adecuada, las comunicaciones cuánticas se presentan como una tecnología a prueba de hackers donde el emisor y el receptor del mensaje sabrán el momento exacto en el que son espiados.

En la actualidad, la ciberseguridad encripta los datos a través de dos factores. Básicamente lo que hace es crear un candado que protege la información y, que solo se pueden abrir a través de llaves aleatorias. No obstante, los receptores de los mensajes tienen que poder descifrarlos, es por ello que también reciben las llaves que abren esos candados. Ahora bien, si alguien intercepta esa clave, la seguridad simplemente desaparece. Precisamente, aquí es donde entra la tecnología cuántica y su capacidad de crear bits cuánticos (cúbits) para distribuir las llaves de forma segura.

“Gracias al entrelazamiento y a la superposición de los bits cuánticos, es posible enviar llaves de modo que, si alguien intenta hacerse con ellas, tanto el receptor como el emisor del mensaje se den cuenta de que los están espiando”, explica Valerio Pruneri, investigador Icrea en el ICFO.

Así que, la criptografía cuántica es un proyecto que ya se viene cocinando en algunas regiones. La Unión Europea, en conjunto con un grupo de empresas aliadas, trabaja en EuroQCI, una red cuántica que se extenderá a lo largo de esta región para ofrecer conexiones más seguras a las infraestructuras críticas y las instituciones gubernamentales de toda la región.

Los ordenadores más potentes del mundo

Meses atrás, China fue noticia al afirmar que había desarrollado un prototipo de computadora cuántica, Jiuzhang, 10 millones de veces más rápido que el chip “Sycamore” de Google. Este último es un sistema computarizado capaz de realizar en 200 segundos, un cálculo que a la supercomputadora más veloz del mundo le llevaría 10.000 años completar. Ciertamente, suena fabuloso.

Jiuzhang usa una peculiar propiedad cuántica de partículas de luz (fotones) que viajan aleatoriamente en diferentes direcciones pero dentro de un mismo circuito. El físico teórico del Instituto de Física Fundamental, Juan García, lo explica de la siguiente manera:

“No han creado un ordenador cuántico per se, sino un circuito óptico muy sofisticado que trabaja con luz cuántica. Pero se trata de un experimento extremadamente difícil de llevar a cabo por la cantidad de elementos que tiene, por el uso de luz cuántica y la dificultad de mantener la coherencia cuántica de todo el sistema”.

Al igual que China, otros países como Estados Unidos, Francia, Japón y Alemania trabajan en desarrollar tecnologías cuánticas y posicionarse en la cima de esta nueva era tecnológica. Sin embargo, es una batalla difícil, pues la competencia es fuerte.

Por ejemplo, Berlín y París han invertido más de 2.000 millones de dólares en el desarrollo de un sus propios ordenadores cuánticos y que estiman presentar como máximo en el 2025. Sin embargo, EE.UU. sigue dominando esta tecnología. De hecho, recientemente se instaló el primer ordenador cuántico comercial –el Q System One de IBM – fuera de sus fronteras (en Alemania).

Q System One de IBM

Evidentemente, estos computadores prometen realizar cosas que hasta ahora son imposibles de ejecutar en un ordenador convencional. Todo ello, gracias a que su mundo se basa en los cúbits. A diferencia de los bits clásicos (0 o 1), estos pueden usar varios valores a la vez y realizar simultáneamente un conjunto de complejas operaciones matemáticas. El Q System One cuenta con un procesador de 27 cúbits, ¿qué hazañas se lograran con él?

Elaboración de medicamentos a medida

Probablemente, el potencial de ordenadores como el Q System One se utilice en la creación de medicamentos a medida. Esto debido a que los computadores cuánticos se podrían utilizar para simular cómo reaccionan los organismos a nivel molecular ante el efecto de diferentes sustancias químicas. De esa manera, no solo se podrán diseñar medicinas individualizadas, sino también mucho más rápido en comparación con los experimentos de laboratorio que tardan años en fases de descubrimiento, clínica y pre-clínica.

Tal es la promesa de la simulación cuántica que ya forjado algunas alianzas importantes para explotar esta técnica. La firma internacional Accenture, la compañía de software cuántico 1Qbit y la biotecnóloga Biogen trabajan desde hace más de tres años en una aplicación cuántica capaz de desarrollar soluciones médicas para tratar enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y la esclerosis múltiple.

De igual modo, el instituto de investigación nacional japonés de Ciencia Cuántica, Radiología y Tecnología, siguiendo los principios de la óptica cuántica –transmisión de información través de fotones – utiliza técnicas no invasivas para detectar tumores sólidos en menos de una 1 hora y, ofrecer un mejor un tratamiento.

Indiscutiblemente, la ciencia cuántica trae consigo un conjunto de tecnologías disruptivas que marcan el comienzo de una nueva era tecnológica y donde muchos países quieren ser pioneros. ¿Quién ganará esa carrera? Y, ¿cómo este cambio impactará en la sociedad? , déjanos saber tu opinión en los comentarios.

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