“Creo que podo dicir con seguridade que ninguén entende a mecánica cuántica”, sentenciou en 1965 o Nobel de Física Richard Feynman. Non hai que desanimarse: o célebre científico referíase a que as súas regras son tan diferentes ás que aprendemos en contacto co mundo físico macroscópico, que resulta imposible facelas encaixar no noso sentido común. Aínda así, o que demostrou esta ciencia xa centenaria é que funciona e que nos cambiou a vida.
A ciencia e a tecnoloxía cuánticas son disciplinas que parten da física cuántica, que se encarga do estudo da materia a escalas espaciais moi pequenas. “Esta teoría explica a natureza a escala microscópica e a moi baixas temperaturas, é dicir, o comportamento dos electróns, os fotóns, etc”, describe David Pérez García, catedrático no departamento de Análise Matemática da Universidade Complutense de Madrid (UCM).
No mundo cuántico, “a natureza constrúe unha realidade onde partículas e ondas son unha mesma cousa”, explica Perla Wahnón Benarroch, presidenta da Confederación de Sociedades Científicas de España (COSCE) e catedrática da ETSIT de Telecomunicación da Universidade Politécnica de Madrid (UPM). Ademais, “existe só con certos estados enerxéticos discretos, estados permitidos cuantizados”, subliña Wahnón.
En que se diferencian as ciencias e tecnoloxías cuánticas das clásicas?
Pérez García explícao así: “As leis que rexen estes sistemas son moi contraintuitivas desde a perspectiva dos fenómenos macroscópicos a temperatura ambiente aos que estamos afeitos”, o que fai que aparezan “efectos moi exóticos”, aclara o investigador. Estes efectos dan lugar a unha tremenda complexidade no mundo cuántico, da que xorden fenómenos como as superposicións, o entrecruzamento, a superfluídez ou a supercondutividade.
“As tecnoloxías cuánticas —principal liña de investigación do catedrático da UCM— teñen como obxecto utilizar estes efectos exóticos para mellorar as nosas capacidades tecnolóxicas“, indica Pérez García, como “ter computadores máis potentes, comunicacións máis seguras, materiais con mellores propiedades ou medidas máis precisas”. Ademais, os postulados orixinais da física cuántica desenvoltos por John von Neumann a principios dos anos 30 do século pasado “son o suficientemente ricos para que, hoxe en día, continúen descubríndose novos fenómenos cuánticos exóticos”.
Que aplicacións teñen?
As aplicacións afectan a desafíos sociais críticos como a medicina, o clima, a enerxía, a seguridade alimentaria e a auga limpa, con tecnoloxías que inclúen “a química cuántica, magnetos supercondutores, láseres, microprocesadores, fibras ópticas, LED, novos materiais, supercomputadoras, resonancia magnética ou microscopios de electróns”, enumera a presidenta da COSCE. “Tamén explica moitos fenómenos biolóxicos e físicos da enerxía”, comenta Wahnón.
Os ordenadores cuánticos, que teñen á súa disposición máis ferramentas para resolver problemas complexos, son unha nova revolución tecnolóxica. “A carreira actual por construír ordenadores cuánticos pódese considerar a nova carreira espacial”, afirma Pérez García. “Existen prototipos, algúns cun tamaño moderado de ata 100 unidades ou cúbits —bits cuánticos—, pero aínda se trata de dispositivos imperfectos”, explica Diego Porras Torre, presidente do Grupo Especializado en Tecnoloxías e Información Cuánticas da Real Sociedade Española da Física (RSEF). “Grandes compañías tecnolóxicas como Google ou IBM teñen programas de desenvolvemento experimental de computadores cuánticos e o seu potencial é obxectivo de estudo en universidades e centros de investigación”, engade.
A computación cuántica proporciona solucións á necesidade crecente de capacidade de cálculo, “especialmente naquelas aplicacións en cálculo científico, enxeñería ou finanzas, que demanden esta capacidade”, subliña Porras. Así mesmo, “a simulación cuántica utiliza dispositivos controlables para recrear sistemas cuánticos complexos e avanzar no noso coñecemento do mundo microscópico”, di Porras.
A encriptación de datos que protexerá ás futuras infraestruturas económicas e financeiras será máis segura grazas á comunicación cuántica, que, a través de cúbits, “proporciona seguridade na transmisión de información, por exemplo, mediante o uso de fotóns individuais”, explica Porras.
Internet de mellor calidade
Grazas á metroloxía cuántica, coa súa medición ultraprecisa do tempo, podemos ter “mellores sistemas de posicionamento global e unha internet de maior calidade”, apunta Humberto Michinel, catedrático na Universidade de Vigo, presidente da Sociedade Europea de Óptica e secretario xeral da Comisión Internacional de Óptica (ICO). Esta consiste “no uso de propiedades cuánticas para efectuar medidas de gran precisión, aproveitando a sensibilidade que proporcionan sistemas atómicos e fotónicos”, sinala Porras.
Na industria médica, coas simulacións cuánticas “poderanse desenvolver medicamentos personalizados máis rapidamente ou entender mellor algúns sistemas complexos como o xenoma humano ou o clima”, indica Michinel. Por exemplo, a fotónica promete avances no diagnóstico e a imaxe médica. Ademais, a química cuántica está a apoiar o desenvolvemento de novas vacinas e medicamentos.
Na industria loxística e do transporte, estas tecnoloxías permitirán “o deseño de roteiros máis eficientes ou de redes de enerxía optimizadas, que poderán resolverse mellor grazas aos algoritmos cuánticos, mellorando a xestión de innumerables recursos”, comenta Michinel.
En conclusión, “a longo prazo, estas tecnoloxías redefinirán industrias enteiras, mellorarán a calidade de vida e ofrecerán solucións a problemas globais, como a substancialidade enerxética ou a comprensión do cambio climático. Tamén xerarán novos empregos que requirirán formación avanzada ás novas xeracións de tecnólogos”, asegura Michinel.
Como nos afecta a súa evolución?
A ciencia cuántica describe o mundo físico e “responde o afán humano de entendelo”, sostén Pérez García. Reivindicar a importancia do desenvolvemento das tecnoloxías cuánticas “significa apostar por avances que impulsen a innovación en sectores tecnolóxicos clave como a medicina, a ciberseguridade, as novas fontes de enerxía ou a intelixencia artificial, entre outros campos”, explica Michinel. “Estas tecnoloxías son esenciais para construír un futuro máis sostible, seguro, innovador e próspero”, resume.
Ser conscientes dos avances nestas ciencias permite ás sociedades “comprender mellor os cambios que estas tecnoloxías traen, asegurando que o coñecemento e os beneficios se distribúan de maneira equitativa e que as novas capacidades utilícense de forma ética e responsable”, comenta Michinel. “Tamén fomenta o investimento en educación e a creación de futuros postos de traballo de alta calidade”, engade.
“O gran público a miúdo recibe unha visión distorsionada da ciencia cuántica, que se presenta como unha teoría exótica ou mesmo conectada con prácticas pseudocientíficas”, sinala pola súa banda Porras. Por iso, comenta que “é necesario divulgar a física cuántica e explicar que se basea en teorías que só afectan directamente o mundo microscópico, pero que están comprobadas con gran precisión e son a base doutras disciplinas ou mesmo aplicacións como o láser e a electrónica. É moi probable que moitas novas aplicacións da ciencia cuántica aínda estean por descubrir”, conclúe o investigador.
Que podemos esperar da celebración de 2025 como o Ano Internacional da Ciencia e a Tecnoloxía Cuánticas?
“Para un país como España, dotado dun sistema de universitario e científico de formación e investigación de alta calidade, esta celebración supón unha oportunidade para mostrar á sociedade un aumento do investimento nun campo que no futuro xerará enormes beneficios económicos”, sostén Michinel.
O investigador Diego Porras sinala que desde o Grupo Especializado en Tecnoloxías e Información Cuánticas da RSEF está a prepararse unha páxina web con motivo desta celebración, na que se irá actualizando o material e as actividades relativas a ela. Tamén menciona como recurso útil TalentQ, como parte do proxecto Quantum Spain, centrado en computación cuántica.
