La Hoja de Ruta,
recientemente publicada, y la inversión de 1.000 millones de euros llevan mucho
retraso frente a otras potencias como China y EE. UU. Pero hay dos áreas
bastante inexploradas que podrían dar ventaja y compensar la inversión del
viejo continente
La carrera para
conquistar el mundo cuántico es una de las más feroces de la tecnología. Tanto
China como Estados Unidos han invertido miles de millones en el desarrollo de
nuevos sistemas de computación capaces de explotar las extrañas leyes de la
física asociadas a los efectos cuánticos. ¿La promesa? Una nueva informática y
de comunicación y, por supuesto, riquezas inimaginables (ver La carrera por la
supremacía cuántica choca con la ausencia de aplicaciones prácticas reales).
Pero en medio de esta
emoción, hay una parte del mundo se está quedando atrás. Aunque Europa tiene
una rica historia de innovación en física cuántica, en los últimos años ha
empezado a quedarse rezagada respecto a sus competidores mundiales.
Por eso, la Comisión
Europea anunció en 2016 que estaba invirtiendo 1.000 millones de euros en una
iniciativa de investigación, la Quantum Technology Flagship. Su objetivo
consiste en desarrollar cuatro tecnologías: comunicación cuántica, simulación
cuántica, computación cuántica y detección cuántica. Después de casi dos años,
¿cómo está yendo?
Controlar los sistemas
cuánticos es un desafío significativo.
La reciente
publicación de la Hoja de Ruta Europea de las Tecnologías Cuánticas, una
versión actualizada del documento que establece los objetivos del proyecto para
los próximos 10 años, puede ayudar a responder a la pregunta. En particular, el
texto describe dos áreas emergentes que han generado menos interés en otras
partes del mundo: el software cuántico y control cuántico. Esto podría tener
implicaciones importantes para el futuro de las tecnologías cuánticas europeas.
El documento comienza
por establecer el enfoque de ambas áreas . La primera, la comunicación
cuántica, permitiría enviar datos de una ubicación a otra con total privacidad,
gracias las leyes de la física (ver La física cuántica ya permite enviar
mensajes de forma 100% segura). Esto es cada vez más importante, dado que el
avance de la propia computación cuántica amenaza con romper cualquier tipo de
encriptación actual (ver Empezar a protegerse contra la computación cuántica o
esperar a la catástrofe). La comunicación segura es uno de los pilares de la
sociedad moderna, pues el comercio electrónico y garantiza la privacidad de las
comunicaciones empresariales, gubernamentales y militares.
El problema es que
los sistemas de comunicación cuántica que existen actualmente son caros y
complejos de administrar y ejecutar. El siguiente paso en su evolución es
hacerlos mucho más manejables (ver Este diminuto 'router' cuántico podría ser
la base del internet cuántico del futuro).
La comisión sostiene
que este objetivo se logrará de formas inminente: "Es previsible que, en
los próximos tres años, se desarrollen sistemas autónomos (de comunicación
cuántica) para distancias metropolitanas que consigan bajos costes de
implementación, altas tasas de seguridad (> 10 Mbps) y multiplexación".
Otro problema es que
la comunicación cuántica solo funciona en conexiones situadas a una distancia
máxima de unos 100 kilómetros. Así que los investigadores también están
trabajando en enrutadores cuánticos que puedan enviar las señales mucho más
lejos. Sobre esto, el informe estima: "En seis años, es probable que los
veamos [los sistemas de comunicación cuántica] en redes de bancos de pruebas
(que funcionen a largas distancias a través de nodos de confianza), en sistemas
de plataformas de gran altitud o satélites, así como en redes intraurbanas
conmutables o de nodos múltiples; y todo esto requerirá proyectos de
infraestructura a gran escala ".
La siguiente área es
la computación cuántica, que utiliza procesos cuánticos para generar un
impresionante rendimiento de procesamiento de datos. Hasta ahora, esto ha sido
posible a pequeña escala, con solo unos pocos bits cuánticos o cúbits. El
desafío actual consiste en escalar los ordenadores cuánticos más allá de los
100 cúbits.
Esta hoja de ruta
describe cinco posibles formas de hacerlo, mediante sistemas que almacenan y
procesan la información cuántica de forma distinta (ver Los ordenadores
cuánticos con cúbits atómicos podrían superar a los superconductores). Estos
sistemas incluyen almacenar la información en iones atrapados en un campo
magnético o en núcleos atómicos incrustados en silicio o carbono, en el flujo
de corriente a través de pequeños circuitos superconductores o en fotones que
viajan a través de circuitos fotónicos. Claramente, lo que la comisión espera
es un procesamiento cuántico a gran escala que utilice una o más de estas
tecnologías para dentro de entre cinco a 10 años. Lo que no está claro es si
Europa será la primera en conseguir un sistema de este tipo o se conseguirá en
otra parte del mundo.
La simulación
cuántica es la tercera área de inversión (ver ¿Podría arrojar luz sobre el
origen de la vida la simulación cuántica?). Simular propiedades cuánticas
complejas en un ordenador tradicional es casi imposible. Pero sí es posible
sistemas cuánticos para simular aspectos de otros sistemas cuánticos de manera
más o menos perfecta. Para conseguirlo, los físicos están jugando con varios
enfoques. La idea básica es encontrar un sistema cuántico que se entienda bien,
y que sea fácil de manipular y medir, para luego usarlo para simular un sistema
con el que es difícil tratar.
Los sistemas que se
conocen bien incluyen átomos y moléculas ultrafríos, iones atrapados en campos
magnéticos y circuitos superconductores. Los sistemas más complejos, y que los
físicos aún intentan dominar, están presentes en la física de alta energía, en
la cosmología, en la física estadística e, incluso, en la biología, donde los
procesos cuánticos parecen desempeñar un papel en la transferencia de energía.
Se espera que la simulación cuántica pueda proporcionar información sobre todas
estas áreas.
Pero hay desafíos
notables. Como la búsqueda de sistemas interesantes que puedan simularse con
algunas de las técnicas existentes y el diseño de un experimento adecuado para
comprobarlo. Además, los físicos deben encontrar formas de asegurarse de que el
sistema ha realizado correctamente la simulación. Todavía no está claro cuántas
de estas ideas podrán realizarse en los próximos 10 años.
La cuarta área de
interés es la detección cuántica y la metrología. Si queremos explotar el mundo
cuántico, debemos ser capaces de analizarlo y sentirlo. Eso implica medir el
universo en una escala de átomos y fotones, y en escalas de tiempo
apropiadamente cortas. Los físicos tienen una amplia variedad de herramientas
para hacerlo, pero todas necesitan mejorar: los relojes cuánticos deben hacerse
más precisos, los sensores atómicos más sensibles, y los sensores optomecánicos
más capaces.
La hoja de ruta
termina con una discusión sobre dos nuevas áreas de interés. La primera es el
control cuántico: la capacidad de manipular sistemas cuánticos mediante campos
o fuerzas electromagnéticas externas. El informe detalla: "El objetivo del
control cuántico es diseñar e implementar formas de pulsos de campos externos o
secuencias pulsos, que alcancen una tarea determinada en un sistema cuántico de
la mejor manera posible".
En otras palabras, se
trata de impulsar los sistemas cuánticos con ondas de radio y rayos láser para
que adopten un comportamiento concreto. El objetivo es que este tipo de control
de los sistemas cuánticos permita una computación y una simulación cuánticas a
gran escala, entre otras cosas.
La segunda de estas
nuevas áreas es el desarrollo de software cuántico, que es mucho más difícil de
desarrollar que el software ordinario porque los cúbits pueden existir como
ceros y como unos al mismo tiempo. Eso significa que varios cúbits pueden
realizar muchos cálculos en paralelo, y por eso las computadoras cuánticas son
tan poderosas. Sin embargo, extraer la respuesta de estos cálculos es difícil.
Y eso hace que los algoritmos cuánticos sean enormemente frágiles.
La esperanza final es
que los algoritmos cuánticos superen drásticamente a los cálculos clásicos.
Pero, en realidad, encontrar algoritmos capaces de hacerlo es complicado. Este
software deberá funcionar tanto en la escala de ambas computadoras como en
redes enteras. Avanzar esta rama puede hacer que Europa supere a los
competidores que le sacan ventaja en el desarrollo de hardware.
Uno de los problemas
más emocionantes consiste en desarrollar una teoría de la información cuántica.
La teoría clásica de la información fue desarrollada en las décadas de 1940 y
1950 por el matemático e ingeniero Claude Shannon, y se ha convertido en la
base de la informática y la comunicación modernas. Una teoría igualmente
poderosa para la información cuántica elude a los teóricos, pero desarrollarla
es un objetivo importante en Europa. Del resultado dependerán muchas cosas.
Si esta hoja de ruta
es un resumen del enfoque que plantea Europa para el desarrollo de las
tecnologías cuánticas, es poco probable que haya impresionado a sus rivales
mundiales. El plan carece de ambición si se compara con el trabajo en otros
lugares del mundo. Por ejemplo, China ya tiene un satélite en órbita capaz de
comunicarse cuánticamente con la tierra, y es la envidia de la comunidad
cuántica mundial (ver Un fotón se teletransporta desde la Tierra al espacio por
primera vez).
Lo único emocionante
de la hoja de ruta europea se centra en el control cuántico y software
cuántico. Se trata de tecnologías con amplias aplicaciones en el mundo cuántico
y que podrían constituir un importante trampolín para Europa.
Un gran desconocido
es el papel de la industria en el futuro de las tecnologías cuánticas. Europa
está desesperada por asociarse con compañías como Google, IBM y Microsoft, que
están desarrollando tecnologías cuánticas propias. Pero gran parte de este
trabajo se ha realizado en los Estados Unidos. Al menos, hasta ahora. Cambiar
ese enfoque debe ser una prioridad para que Europa obtenga las recompensas
adecuadas de su inversión de 1.000 millones de euros.
Fuente: MIT
Technology Review
