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Reportaje

El futuro es cuántico

La segunda revolución cuántica es tan silenciosa como la primera, cuyos frutos manejamos a diario sin saberlo, por ejemplo en el láser que lee cada producto al pagar en el supermercado. Un poder de cálculo basado en qubits o una criptografía invencible es lo próximo. El futuro es cuántico.

José Ignacio Latorre 10/11/2016 a las 06:00
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El grupo de John Martinis trabaja en la construcción de un ordenador cuántico.Michael Fang

Sin darnos cuenta, vivimos en una sociedad controlada por nuestro dominio sobre las leyes de la Mecánica Cuántica.

Llamamos a un amigo sin preocuparnos por comprender cómo funciona nuestro teléfono. Ignoramos que su corazón esta formado por transistores, que fueron imprimidos por láseres, y que las señales que emite son conducidas por señales electromagnéticas en el aire y en fibras ópticas. Si aprovechamos su GPS, no pensamos en los relojes atómicos situados en satélites que orbitan la Tierra y que controlan la emisión de fotones hacia nosotros con una precisión de una millonésima de segundo en un año. Tampoco somos conscientes de qué leyes rigen las resonancias nucleares que usamos en medicina, las tomografías computerizadas o los procesos que empleamos para investigar nuevos materiales o nuevos medicamentos. Vivimos anclados en el éxito cuántico como si este fuese arte de magia.

Ese es el gran don de la naturaleza humana: somos capaces de adaptarnos a cualquier entorno y aprendemos a vivir lo más cómodamente posible en él. El hombre puede ir al Ártico y sobrevivir en el hielo, puede asentarse en el Amazonas y prosperar. Ahora el ser humano se está adentrando en el futuro cuántico y, en breve, deberá vivir en una sociedad donde el progreso científico creará problemas tan imprevistos como la enorme longevidad de cada uno de nosotros.

La gran noticia es que una nueva revolución cuántica está en ciernes. Déjenme que la llamemos ‘segunda revolución cuántica’.

La primera

Durante el siglo XX, aprendimos a emplear las sorprendentes y maravillosas leyes de la Mecánica Cuántica en provecho de los humanos. El primer láser, por ejemplo, fue construido en 1960. Un láser es un haz de fotones coherente. El secreto está en la palabra ‘coherente’. Todos los fotones pasan a ser descritos con una misma función de onda, se comportan de forma cuántica colectiva, a diferencia de la luz normal, no coherente, donde cada propiedad cuántica de un fotón es independiente de la de cualquier otro fotón. Gracias a su coherencia, el láser puede depositar energía de forma muy eficiente y ser empleado para codificar información. Los lectores de deuvedé son un ejemplo del uso del láser. Otro de sus usos es llevar nuestras comunicaciones de internet en fibras ópticas. ¿Más? Tantos como podamos imaginar. Usamos láseres para realizar soldaduras, para corregir miopía y astigmatismo, para cauterizar, para topografía, para leer los códigos de barras en un supermercado.

Pero también empleamos láseres para ir más allá en la investigación de la mecánica cuántica. Somos capaces de crear trampas para iones individuales o en grupo. Podemos tener gases ultrafríos y crear redes que atrapan a sus átomos. Podemos controlar la materia a niveles inimaginables.

De esta forma silenciosa estamos entrando en la segunda revolución cuántica. Esta revolución se articula en cuatro grandes líneas de progreso: sensores, computación cuántica, comunicación cuántica y simulación cuántica.

Cuatro líneas de progreso

Sensores engloba la gran idea del aumento brutal en la precisión del control atómico. Somos ya capaces de crear relojes atómicos un millón de veces más precisos que los mejores relojes atómicos actuales. ¿Se imaginan un GPS con precisión submilimétrica?

Computación cuántica

La computación cuántica es el peso pesado de la revolución. Gracias al control individualizado de los elementos cuánticos básicos podemos ya hacer operaciones lógicas cuánticas, diferentes a las de la computación clásica. Permiten procesar en paralelo varias opciones de un sistema cuántico. Si el sistema tiene dos estados, lo designamos como un qubit. Las puertas cuánticas manipulan qubits en sus superposiciones, dando lugar a una ganancia exponencial en el poder de cálculo. Estos ordenadores cuánticos podrán desencriptar las claves criptográficas que hoy en día empleamos en internet para comunicarnos de forma secreta con nuestro banco o para comprar un billete de avión. ¿Estamos preparados para que un ordenador cuántico deje obsoleto el secreto en todas nuestras comunicaciones?

Comunicación cuántica

La comunicación cuántica aporta una solución al problema anterior. Si empleamos estados cuánticos, podemos crear una forma de comunicarnos que es absolutamente segura: la criptografía cuántica. Para ello, debemos añadir una capa física a nuestras comunicaciones, una distribución de claves basada en el envío de fotones en estados cuánticos bien definidos. Si alguien lo observa, los perturba y somos capaces de detectar la intrusión. Este es, pues, un anuncio para las grandes corporaciones: es el momento de recoger información, de aprenderla y de tomar acciones concretas. El futuro cuántico no va a esperar a nadie.

Simulación cuántica

Por último, la simulación cuántica está llamada a ser el método natural para explorar sistemas cuánticos complejos, para analizar nuevos materiales y nuevos medicamentos, simulando sus leyes cuánticas en detalle.

El futuro es, una vez más, cuántico. Es paradójico pensar que la ciencia actúa de forma lenta, ajena al estrépito político, pero imparable. En cada laboratorio cuántico del planeta hay grupos de científicos de todas las razas y credos posibles que pugnan por llevar un paso más adelante el uso del control cuántico. Esta ingente fuerza investigadora, inarticulada pero orientada a resultados muy concretos, operará cambios que escapan a las voluntades de los gobiernos y las empresas.
Si queda un elemento romántico de imprevisibilidad en el devenir de la humanidad, ese se halla en la mecánica cuántica.

El autor es catedrático de Física Teórica en la Universidad de Barcelona y director del Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual
 
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