Tecnología cuántica

Tecnología cuántica; ¿y si la cosa funciona?

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La tecnología cuántica es posiblemente la que tiene el potencial de impacto más radical y profundo en ámbitos de nuestra sociedad relacionados con la salud, el medioambiente, la energía, el transporte, la seguridad o la industria

Aporta los medios para resolver problemas claves de la transformación digital como los relacionados con la inteligencia artificial, la simulación, las comunicaciones ultraseguras, la detección de altísima sensibilidad o la metrología de híper precisión. Aunque son tecnologías nóveles ofrecen la promesa de sobrepasar muy significativamente en impacto a sus contrapartes clásicas.

En la primera revolución cuántica, hace más de 75 años, se generaron los fundamentos de lo que hoy denominamos transformación digital. Comprendimos la física de semiconductores y aprendimos a construir transistores y otros componentes básicos que usan las propiedades de la mecánica cuántica, formando progresivamente un sustrato digital sin el cual no podría funcionar actualmente nuestra sociedad.

Estamos ahora asistiendo a la denominada segunda revolución cuántica, una nueva etapa que va más allá del uso de las propiedades de la mecánica cuántica. Estamos aprendiendo a manipular directamente la materia para aprovechar los procesos basados en las características de la mecánica cuántica, como la superposición o el entrelazamiento. Estamos creando nuevos desarrollos técnicos para computación, comunicación y detección que explotan esta manipulación y que formarán posiblemente una nueva generación de infraestructuras para la operación de la sociedad en un futuro próximo.

Como en toda disciplina emergente, las incertidumbres son todavía grandes

Los avances en la implementación de estos desarrollos técnicos están siendo impresionantes, si bien los resultados parecen todavía rudimentarios si los comparamos con los desarrollos equivalentes que conocemos con las técnicas de semiconductores actuales. Por ejemplo, en el campo de computación cuántica, las plataformas hardware disponibles están limitadas a unos pocos cientos de cúbits (el equivalente a un bit cuántico) y son inestables en su comportamiento, lo que reduce la potencia computacional.

Por supuesto, no solo el hardware es limitado: también carecemos de todo el cuerpo de “ingeniería software” que existe en el mundo de la computación clásica. Comparativamente, sin ser especialmente rigurosos, nos encontramos en esta segunda revolución cuántica en un estado semejante a lo que supuso el principio de la primera revolución, hacia la segunda mitad de los años 50 del siglo pasado: eran los primeros pasos de la computación y de otras aplicaciones de los semiconductores.

Con estos desarrollos todavía elementales, primero teóricos y progresivamente prácticos, ya se vislumbran aplicaciones para los que las tecnologías cuánticas pueden superar muy significativamente a sus contrapartes clásicas: se habla así de la “supremacía cuántica para determinados problemas y tareas. En el campo de la computación, por ejemplo, son conocidos algunos ejemplos, siendo quizá el algoritmo de Shor uno de los más utilizados por su relación con los métodos criptográficos actuales. Este algoritmo permitiría descomponer los factores de un número, como podría ser una clave RSA, en un ordenador cuántico con una ventaja exponencial sobre el cálculo en un ordenador clásico.

Debido al impacto potencial que esta superioridad puede suponer y el consiguiente control sobre el mercado, el impulso que se está dando al desarrollo de estas tecnologías está siendo formidable. La inversión pública para investigación básica está siendo intensa; todas las tecnológicas han invertido fuertemente en cuántica y empiezan a ofrecer servicios relacionados; las start-ups en la materia han proliferado y se han empezado a consolidar numerosos ecosistemas territoriales que buscan acelerar la aplicación de estas tecnologías mediante la investigación, el desarrollo tecnológico y la innovación. En la Unión Europea, el buque insignia en este sentido es el Quantum Flagship (QF).

Iniciado en octubre de 2018, el QF es una iniciativa a gran escala de la Comisión Europea con una financiación de aproximadamente 1.000 millones de euros en 10 años. Además, cerca de una veintena de países han puesto en marcha en estos últimos años estrategias nacionales específicas en este campo con actuaciones e inversiones extraordinarias. A toda esta movilización se une otra variable fundamental: la corriente europea de soberanía sobre determinadas tecnologías críticas (entre las que se encuentran la computación cuántica, la AI cuántica, la criptografía o las tecnologías de detección) y la voluntad de disponer de las capacidades para diseñar y producir en Europa los componentes necesarios de la cadena de valor de los sistemas asociados a estas tecnologías críticas.

Ante una carrera mundial de proporciones gigantescas, convertirse en un agente relevante en esta segunda revolución cuántica es una tarea igualmente colosal. Hemos aprendido de la primera revolución la dificultad para Europa de generar dragones en el negocio de semiconductores.

Para el caso de nuestro entorno próximo, con capacidades de inversión, talento y mercados más acotados, quizá el foco deba estar en determinados nichos de oportunidad muy concretos de las tecnologías cuánticas. Así, aunque la computación tal vez sea la disciplina cuántica que más atracción global está consiguiendo desde diversas perspectivas -financiación, repercusión en medios, políticas en la materia-, es muy importante prestar atención a las otras disciplinas cuánticas, como la comunicación intrínsicamente segura y la detección de ultraresolución. Son áreas con una expectativa de valor de mercado más próxima en el tiempo que, fundamentalmente en el campo de la detección (sensores cuánticos), permiten crear una amplia variedad de propuestas de valor de gran aplicación transversal con una demanda creciente.

El campo de los sensores cuánticos es especialmente interesante

Este tipo de tecnologías aprovechan la superposición coherente de estados cuánticos para realizar mediciones de campos electromagnéticos y otras propiedades con una sensibilidad sin precedentes, miles de órdenes de magnitud mejores que las tecnologías actuales. El tipo de aplicaciones que se pueden construir a partir de ahí es inmenso: en el campo de la salud (p.ej., resonancia magnética nuclear, lab-on-chip, diagnóstico…), en el de la movilidad (sensores inerciales, radares), en la industria (tags, inspección), en la metrología (tamaño, tiempo, magnetismo…), etc.

Y son aplicaciones especialmente interesantes porque, en esta segunda revolución, no sólo la capacidad de procesar y comunicar va a estar plenamente embebida en los productos y sistemas de nuestro entorno: la de percepción de alta sensibilidad también, desde vehículos a máquinas inteligentes. Se da juego así, en esta segunda revolución, a un mayor número de agentes.

Resulta clave la priorización de ámbitos concretos en donde la industria local tiene sus fortalezas: cadenas de valor más compactas, mayor número de agentes en la cadena de valor de aplicación, mejor posición competitiva, acceso directo a agentes tractores globales, capacidad de influencia en aspectos normativos y estandarización, conocimiento de las cadenas de valor de la oferta de componentes, etc.

Además, este tipo de ecosistemas se refuerzan mediante la existencia de proveedores de servicios avanzados conexos (por ejemplo, para servicios de asistencia, instalación, formación o certificación), mediante la disponibilidad de talento especializado en la temática, mediante el acceso a capacidades de producción y mediante la garantía de acceso seguro a componentes básicos -un aspecto clave hoy día en las cadenas de aprovisionamiento de tecnología, como ha quedado patente con relación a los semiconductores en el mundo de automoción, por ejemplo.

Tecnologías cuánticas de la segunda revolución

La mayoría estamos de acuerdo en que estamos todavía en etapas emergentes de las tecnologías cuánticas de la segunda revolución y que se trata de una carrera de larga distancia con desarrollos inciertos, exponenciales y vertiginosos. La cuestión no es tanto si se logrará la promesa de la supremacía en determinados ámbitos, sino de cuándo se logrará. Esto podría desanimar tanto a los y las responsables de empresas como de las políticas públicas relacionadas, que buscan normalmente resultados a (muy) corto plazo.

Es preciso aprovechar estos momentos de transición desde la ciencia fundamental cuántica a la ingeniería cuántica de la segunda revolución a través del desarrollo de competencias en un abanico de tecnologías específicas interrelacionadas. Urge, además, establecer los cimientos ahora y dotar a la apuesta de estabilidad y masa crítica, ya que la combinación de conocimiento tecnológico y de aplicación que se requiere en este campo es muy difícil de generar y copiar, y requiere un tiempo de capacitación y consolidación sostenido, típico en este tipo de tecnologías “deep.

Si aspiramos a crear figuras relevantes que compitan en el plano mundial en alguna especialidad de la detección cuántica se requiere contar con una estrategia común de desarrollo estable, incrementar la densidad de relación entre los agentes y fortalecer el ecosistema local en su conjunto cubriendo diversas facetas. El retorno potencial es enorme y el riesgo también lo es. Incluso acotando el campo de trabajo a esta especialización de los sensores cuánticos (que tiene además diversas alternativas tecnológicas), desentrañar todos los misterios de la física y controlarlos para crear desarrollos técnicos de gran impacto es un desafío impresionante.

Participar en la carrera de la segunda revolución cuántica en nichos concretos, como es el de los sensores de ultraresolución, es una oportunidad temporal, científica, tecnológica y de mercado única e irrepetible. Para ser relevantes se requiere en el plano estratégico superposición de esfuerzos, entrelazamiento entre los agentes de la red de valor y un tiempo de coherencia (de impulso) suficientemente estable.

Participar activamente y ser relevantes es la mejor fórmula para lograr innovaciones con un nítido impacto social, económico y medioambiental para nuestra comunidad.

Sobre Guillermo Gil Aguirrebeitia

Coordinador del Clúster de Conocimiento en Tecnologías de la Información y de la Comunicación, una comunidad de práctica de cerca de 350 especialistas para el desarrollo de conocimiento especializado.

Trabaja también como diseñador e intra-emprendedor de negocios emergentes alrededor de las TIC. Ingeniero de Telecomunicación, cuenta con más de 28 de experiencia en el ámbito de la I+D, con una potente base en el desarrollo de equipos, desarrollo de negocio de base tecnológica y diseño estratégico.

Participa en numerosos foros y Grupos de Trabajo nacionales e internacionales relacionados con las TIC y el desarrollo de la Sociedad de la Información.