Tecnologías cuánticas
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La mecánica cuántica inició su desarrollo a principios del siglo XX abordando el estudio de la materia a escalas espaciales muy pequeñas, ( atómica y subatómica ) y a muy bajas temperaturas. Las leyes que formulan estos sistemas son muy contraintuitivas desde la perspectiva de los fenómenos macroscópicos a temperatura ambiente que percibimos con nuestros sentidos.
El inicio de la mecánica cuántica se sitúa en el año 1900, cuando Max Planck introduce la idea de que la energía no fluye de manera continua, sino en pequeños paquetes discretos que denomina “quantum”.Albert Einstein, en 1905 utilizó el concepto de “quantum” para explicar el efecto fotoeléctrico, demostrando que la luz podía comportarse como onda y como partícula.
las décadas siguientes, científicos como Erwin Schrödinger, Niels Bohr y Werner Heisenberg desarrollan teorías que explican el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas. Bohr, quien consideraba que las partículas subatómicas no tienen propiedades definidas hasta que son medidas, propuso un modelo de átomo en el que los electrones ocupan niveles de energía específicos. Schrödinger introdujo su ecuación de onda, que describe cómo evolucionan los sistemas cuánticos en el tiempo. Heisenberg formula un mundo subatómico probabilístico en el que no podemos conocer con precisión tanto la posición como el momento, (masa por velocidad ) de una partícula al mismo tiempo: principio de incertidumbre.
En la primera “revolución” cuántica, se generaron los fundamentos tecnológicos de lo que hoy se denomina 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 podrían funcionar, actualmente, muchas de nuestras sociedades.
Se asiste, ahora, a la denominada “segunda revolución 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 formarán posiblemente una nueva generación de infraestructuras en un futuro próximo.
Aunque son tecnologías con un curso histórico aún breve, en comparación con cómo se han desarrollado otras, los avances de los últimos años ya anticipan su capacidad para sobrepasar muy significativamente en impacto a sus contrapartes clásicas. Estos avances exponenciales y su carácter disruptivo hacen de este campo de conocimiento un foco de singular atención para la industria.
La cuántica servirá para impulsar las disciplinas de inteligencia artificial y de simulación, en ámbitos en donde, a medida que el mundo se va haciendo más interrelacionado, instantáneo y complejo, las tecnologías convencionales están encontrando cada vez más limitaciones.
Las tecnologías cuánticas permiten tener ordenadores más potentes, comunicaciones más seguras, materiales con mejores propiedades o medidas más precisas. Sus aplicaciones impactan en la medicina, el clima, la energía, la seguridad alimentaria y el agua, con tecnologías que incluyen "la química cuántica, magnetos superconductores, láseres, microprocesadores, fibras ópticas, LED, nuevos materiales, resonancia magnética, microscopios de electrones o superordenadores.
La computación cuántica proporciona soluciones a la necesidad creciente de capacidad de cálculo, especialmente en aquellas aplicaciones en cálculo científico, ingeniería o finanzas. Desde el punto de vista de computación, la orquestación y optimización global de los sistemas inteligentes que gobiernan la movilidad autónoma, la distribución energética, la sincronización logística o la adecuación de la producción alimentaria a la demanda instantánea, por citar algunos ejemplos, no se podrán conseguir mediante la optimización de cada uno de sus elementos por separado. El nivel de sofisticación asociado a este procesamiento intersistemas seguirá creciendo exponencialmente y, con ello, la necesidad de gestión de datos y de su manipulación inteligente. Por tanto, la complicación computacional asociada resultará intratable para los medios convencionales y es ahí donde la computación cuántica aporta nuevos mecanismos complementarios.
También en términos del consumo energético de los propios sistemas de computación, el impacto de la cuántica será significativo. Un ordenador cuántico utiliza tan solo una fracción del consumo que necesitaría un superordenador convencional para la realización de determinados cálculos.
Otro dominio, el de la simulación cuántica, al permitir la simulación eficiente de fenómenos previamente intratables, tiene también muchas aplicaciones potenciales, incluido el diseño de nuevos materiales, el estudio de reacciones químicas complejas, la producción de medicamentos personalizados o el mejor entendimiento de algunos sistemas complejos como el genoma humano.la fotónica promete avances en el diagnóstico y la imagen médica.Gracias a la metrología cuántica, con su medición ultra precisa del tiempo, también podemos tener mejores sistemas de posicionamiento global y una internet de mayor calidad. La encriptación de datos que protege a las estructuras económicas y financieras será más segura en la transmisión de información, gracias a la comunicación cuántica.
En la industria logística y del transporte, estas tecnologías permitirán el diseño de rutas más eficientes o de redes de energía optimizadas, que podrán resolverse mejor gracias a los algoritmos cuánticos, mejorando la gestión de innumerables recursos.
En conclusión, las tecnologías cuánticas redefinirán industrias enteras y ofrecerán soluciones a problemas globales, como la sostenibilidad energética o la comprensión del clima.
De todos los desarrollos tecnológicos en curso, la cuántica es la que tiene el potencial de impacto más radical y profundo en ámbitos sociales, relacionados con la industria, el transporte, la energía, la seguridad, la salud, el medioambiente, la calidad de vida; aunando aspectos de la física, las matemáticas y las ciencias de la computación.
Las tecnologías cuánticas están llamadas a revolucionar las cadenas de valor global. El dominio de las tecnologías profundas va a condicionar la prosperidad de los países y regiones de todo el mundo. La soberanía sobre estas tecnologías es un elemento fundamental para el futuro desarrollo económico y la autodeterminación digital.
Por cortesía de José Daniel Sierra Murillo, et al.