Antía Lamas Liñares volve á súa Compostela natal para falar da segunda revolución cuántica. E tamén do seu traballo como líder do departamento de redes cuánticas de Amazon Web Services (AWS). A científica, que se licenciou en Física na Universidade de Santiago (USC), xa cultivou unha longa e prolífica traxectoria que a levou a traballar en Reino Unido, Singapur e Estados Unidos, onde reside actualmente.
É precisamente neste 2025 cando se fan 100 anos da publicación dunha serie de artigos fundamentais para o nacemento da mecánica cuántica. E co gallo deste aniversario, o Instituto Galego de Física de Partículas (IGFAE) convidou a Antía Lamas Liñares a participar na súa Semana da Ciencia, cun relatorio que se celebrará este martes ás 20 horas na Casa das Máquinas. Co motivo desta charla, falamos coa física compostelá sobre os desafíos actuais da cuántica, os grandes fitos acadados neste último século e a posición que desempeña Galicia nun panorama científico en constante cambio.
—En 1925 publicáronse unha serie de artigos que sentaron as bases da mecánica cuántica. Que impacto tiveron estas investigacións no seu tempo? Como revolucionaron a ciencia do momento?
—A comezos do século XX, Max Planck e Albert Einstein empezaran a ver que había fenómenos que soamente se podían explicar coa cuantización, é dicir, poñer cousas en paquetes. Pero os artigos de 1925 foron, fundamentalmente, os de Schrödinger e Heisenberg. Expuxeron unha formulación matemática máis completa e crearon as bases máis formais e básicas para que se soubera realmente como facer cálculos. A formulación de Heisenberg, denominada mecánica de matices, e da Schrödinger, chamada mecánica de ondas, foron propostas matemáticas máis rigorosas.
—Cales foron os grandes fitos da mecánica cuántica ao longo do século XX?
—A mecánica cuántica está en todas partes. É a teoría física con máis éxito e influencia da historia da física. Está presente, dende o século XX, dende os láseres ata os semicondutores, que son os chips dos ordenadores. Tamén nas resonancias magnéticas nucleares e nas probas médicas de imaxe, así como nos reloxos atómicos que están nos GPS. E todo isto depende dun entendemento fundamental dos fenómenos cuánticos.
—Non é doado entender os fudamentos da cuántica. Pero, tal e como di vostede, está en todas partes, incluso na nosa vida cotiá.
—Exacto. A palabra cuántica transmite ás veces a sensación de que isto non hai quen o entenda ou de que é moi complicada, pero non deixa de ser outra teoría física. En moitos sentidos, a mecánica cuántica é moi sinxela. Por exemplo, dende o punto de vista das matemáticas, ten unha formulación moi fácil. O que acontece é que hai fenómenos cuánticos que non son nada intuitivos.
Moitos físicos do século XX negáronse a aceptar as últimas consecuencias da mecánica cuántica, pero chega un momento no que hai que acatalo. Sabes calcular o que tes que calcular e es capaz de facer as predicións que tes que facer. Es capaz de desenvolver o que necesitas para crear un semicondutor mellor ou un distinto tipo de láser, ou unha nova técnica de imaxe. O que acontece é que se pensas moito nisto, a filosofía que hai detrás da mecánica cuántica é un pouco complicada.
A mecánica cuántica está en todas partes
—Xa estamos na segunda revolución cuántica, que centrará o relatorio que dará este martes en Santiago. En que momento estamos agora?
—Estamos nun momento de transición moi interesante. Se pensamos na electricidade, Faraday e Maxwell estaban no século XIX tratando de entender que era ese fenómeno que facía saltar chispas. Chegou Maxwell e unificou a electricidade co magnetismo, e creou catro ecuacións que describen todos os fenómenos electromagnéticos. De feito, cando Faraday presentou os seus resultados ante a Royal Society de Londres dixéronlle que era moi interesante, pero preguntáronlle para que servía. Imaxina, a onde imos agora sen electricidade?
En canto á cuántica, estamos na segunda revolución. Vemos os efectos cuánticos como un recurso como, por exemplo, o enmarañamento ou entanglement, que é a propiedade máis cuántica das propiedades cuánticas. É dicir, a máis rara e a que antes se vía como un problema filosófico. Agora estudamos como crealo de forma eficiente, como controlalo para facer enxeñaría dos efectos cuánticos, como deseñar cousas que están baseadas directamente nos efectos cuánticos. Non entender como podemos suprimilos, senón como sacar unha vantaxe.
—Cales cre que son actualmente os principais obstáculos para o avance das tecnoloxías cuánticas?
—É complicado. Moitos dos efectos cuánticos son moi fráxiles. Por exemplo, as computadoras cuánticas son un chip moi pequeno. Todo o que vemos é un frigorífico que mantén o chip a unhas millonésimas de grao por enriba do cero absoluto. Ten que estar moi frío para evitar a interacción incontrolada co resto da contorna. E facer enxeñaría disto é moi difícil.
Estamos nesta situación. Cando empezaron a desenvolverse os semicondutores había moitísimos problemas porque as propiedades eran inconsistentes. Daquela non se entendera ben como purificar o silicio. Ata que non se desenvolveron todas estas capacidades non houbo un grande avance. É dicir, si houbo un avance no entendemento pero faltaba que a enxeñaría dese un paso máis. E en canto ocorreu, saíu adiante. Así que estamos nesa fase, dos científicos exprimentais traballando nos laboratorios e creando novas enxeñarías.
—Non creo que sexa doado facer unha predición, pero que podemos esperar os próximos anos? Canto pode avanzar a cuántica nas vindeiras décadas?
—Hai cousas que podemos predicir pero hai outras que non. Por exemplo, nas computadoras cuánticas aínda non sabemos que sistema físico vai ser mellor. Hai uns que están baseados en trampas de ións, outros en átomos neutros, outros incluso en fotóns… E cada sistema ten as súas vantaxes e desvantaxes. O desenvolvemento non é lineal. De repente descobres algo e avanzas 10 anos. Ou pode que fagas un descubrimento e te decates que a arquitectura é inviable. Entón non podemos facer grandes predicións porque non é un proceso lineal.
—É dicir, aínda estades nunha fase de ensaio-erro.
—Si, porque cada sistema ten as súas vantaxes. Hai uns que, a escala máis pequena, son máis fáciles de facer. Son moi rápidos pero ao mellor teñen peor calidade. Noutra arquitectura as portas poden ser moi lentas pero teñen unha calidade moi boa. Tamén pode ser moi difícil facer as portas e moi fácil escalar, que é o que acontece nas computadoras fotónicas. É dicir, unha vez que resolves o problema do principio é moi fácil pasar a millóns de qubits. Pola contra, os que están en frigorífico sabes que, cando chega o momento, que poden ser mil qubits, xa non saben máis e tes que aprender como conectar dous frigoríficos distintos, que é algo moi complicado. Así que aínda estamos aí. Veremos que problemas se poden resolver antes e que cousas descubriremos polo camiño que, talvez, nos axuden a dar un salto cualitativo.
—Entón, cando teremos un grande ordenador cuántico?
—A resposta é moi sinxela: non o sabemos. Hai unha publicación moi interesante que sae cada ano. Pregúntaselle a moita xente do sector canto cren que imos tardar en chegar a unha determinada potencia dun ordenador cuántico. Hai quen di: “Temos unha probabilidade do 20% de acadalo en 10 anos”. Aí reflíctese unha opinión colectiva. É interesante como predición, pero vai cambiando ano a ano. Por exemplo, neste último par de anos houbo moitos avances en computación cuántica.
—Como dicía, non é un proceso lineal. Cales cre que serán os sectores máis revolucionados polas tecnoloxías cuánticas?
—Isto tamén é moi difícil de predicir. Pode acontecer o mesmo que cos ordenadores normais. Ao principio pensábase que a súa utilidade ía ser moi limitada. Que só serviría para calcular as mareas, as traxectorias dos proxectís ou para levar a contabilidade. O director do IBM nos anos 50 dixo que cinco ordenadores serían suficientes para o mercado global. Imaxina.
O que vemos claro hoxe en día é que os ordenadores cuánticos van ser moi poderosos en canto a simular e axudar a deseñar sistemas cuánticos. Isto soa moi abstracto pero, en realidade, non é así. Hai moitos procesos químicos, como o deseño de fármacos e a optimización de procesos industriais, como a produción de fertilizantes, que son fundamentalmente procesos cuánticos. De feito, os supercomputadores que temos hoxe en día dedican unha parte moi grande dos seus recursos a simular sistemas cuánticos. Iso si, son moi difíciles de simular e consomen unha cantidade tremenda de recursos computacionais.
Hai outro aspecto importante. Un dos algoritmos máis famosos da computación cuántica, o algoritmo Shor, é un algoritmo de factorización que parece unha cousa moi matemática e pouco aplicable, pero case toda a criptografía que usamos para asegurar as comunicacións coa internet ou co banco está baseada nas dificultades de factorizar números grandes. Se temos unha computadora cuántica, esa seguridade fracasa. Agora estanse desenvolvendo alternativas para antes da chegada das computadoras cuánticas. Pero a miña opinión é que non atopamos aínda as aplicaciones que van ser realmente as de máis impacto.
Hai moitos procesos químicos […] que son fundamentalmente procesos cuánticos
—É difícil imaxinalo.
—Claro, porque agora mesmo é unha abstracción matemática. Pódese deseñar un algoritmo para unha abstracción matemática pero non ten o elemento de proba-erro.
—Agora levamos un ordenador no peto, pero isto hai 70 anos era impensable.
—Claro. Cos avances tecnolóxicos adóitase sobreestimar o impacto a curto prazo e non lle dá suficiente importancia ao que vai ter a longo prazo. Cos ordenadores normais, claramente. Ninguén imaxinaba internet, o telefóno móbil… O noso móbil é moitísimo máis poderoso que o ordenador que dirixiu o cohete que foi á lúa.
—Vostede lidera o traballo en redes cuánticas en Amazon Web Services. En que consiste?
—Amazon ten un programa de cuántica bastante estendido que se pode dividir en catro partes. O primeiro é un servizo cara ao público que se chama Bracket, co que podes mandar un programa cuántico a un ordenador cuántico, que son ordenadores de compañías que non son de Amazon pero están conectadas á súa infraestrutura. É unha plataforma para que a xente experimente e empece a desenvolver algoritmos. O segundo é un servizo de consultoría para empresas e para ver que problemas dos que teñen hoxe se poden mellorar coas capacidades das tecnoloxías cuánticas. Tamén se está a construír un ordenador cuántico para Amazon, de uso interno, baseado en supercondutores.
Por último, temos un programa de redes cuánticas. Non son ordenadores, senón o equivalente ás redes que temos hoxe en día, que conectan uns ordenadores ca outros. Isto é o mesmo, pero con ordenadores cuánticos nos que usamos qubits en vez de bits. É dicir, nas redes cuánticas transmitimos qubits de información. Podemos facer moitas cousas. Eventualmente a conexión de computadores cuánticas unhas con outras, ou usar qubits para transmitir información entre dous sitios. Pódense facer cousas moi interesantes, como por exemplo no eido da seguridade, onde se pode transmitir claves de forma totalmente segura. Pódese teleportar información, aínda que soe a Star Trek.
A aplicación de seguridade xa existe a nivel comercial pero está en fase temperá. O meu equipo e máis eu estudamos o que existe a nivel comercial, cal é o nivel de compatibilidade coas redes existentes… É dicir, se collemos unha tecnoloxía de rede cuántica e a poñemos nunha rede convencional, vai funcionar? Que hai que facer para adaptalas?
O noso móbil é moitísimo máis poderoso que o ordenador que dirixiu o cohete que foi á lúa
—Ademais do seu traballo en Amazon, aquí en Galicia forma parte como investigadora invitada do Vigo Quantum Communication Center (VQCC).
—Si, axudo a dirixir as comunicacións cuánticas por satélite. Antes de estar en Amazon estiven nunha startup en Singapur na que traballaba coas comunicacións cuánticas por satélite. En Vigo estamos a montar un telescopio óptico orientado e recibir sinais cuánticos dunha serie de satélites cuánticos que, xusto agora, se están poñendo en órbita.
—Que papel cre que está a desempeñar Galicia na revolución cuántica?
—Tanto o Centro de Supercomputación de Galicia (Cesga) como o Vigo Quantum Communication Centre son estupendos representantes do que se pode facer a nivel cuántico. O máis importante é ter unha masa crítica de xente traballando no mesmo tema, porque o desenvolvemento científico é moi colaborativo. É máis que a suma das partes. En Galicia estamos empezando a ter esa masa crítica: a computación cuántica no Cesga, as comunicación cuánticas no VQCC, e tamén na Universidade de Santiago hai un máster de tecnoloxías cuánticas. Tamén no norte de Portugal, en Aveiro, Porto e Braga se están comezado a poñer moito esforzo na cuántica. Isto crea unha contorna onde hai máis posibilidades, máis intercambio de xente, máis axilidade. A investigación cuántica en Galicia é moi prometedora.
