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viernes, 10 de septiembre de 2021
La segunda revolución cuántica, ¿cambiará nuestro mundo?
Ilustración de un gas cuántico supersólido bidimensional.
Un doctor en física nos explica cómo el desarrollo de tecnologías cuánticas marcará el futuro.
SJ
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Estamos a las puertas de la segunda gran revolución cuántica. Si la primera revolución nos dio las reglas que gobiernan la realidad física del átomo, la segunda nos dará las herramientas que usaremos para desarrollar nuevas tecnologías.
La primera revolución cuántica ocurrió a principios del siglo pasado sentando las bases teóricas que hoy conocemos como la mecánica cuántica. Intentos teóricos de explicar experimentos relacionados al mundo de los átomos, la luz y sus interacciones.
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Estamos en la entrada de la segunda gran revolución cuántica, la cual quizás será responsable de los avances más significativos del siglo XXI.
La mecánica cuántica es famosa por extraña y compleja; en ella aparecen ideas como la dualidad onda partícula que implica que los electrones algunas veces se comportan como ondas y otras veces actúan como partículas. Habla de un mundo incierto, dominado por las probabilidades y la incertidumbre en la medición.
Entender el mundo atómico y subatómico nos llevo a comprender la tabla periódica de elementos, las interacciones químicas, y las funciones de onda electrónicas entre otros. Mas tarde, nos llevó a tecnologías como la de los chip de computadores, y de ahí, a la era de la información.
De otro lado, entender el comportamiento cuántico de la luz nos llevó a explicar el efecto fotoeléctrico, que posteriormente dio lugar a la fabricación de celdas solares, láseres y máquinas fotocopiadoras, todo gracias a los fotones de luz.
(También: ‘La nueva era cuántica cambiará el mundo’: José Ignacio Latorre)
La primera revolución cuántica evolucionó de muchas formas en tecnologías que cambiaron nuestra sociedad. Sin embargo, estamos en la entrada de la segunda gran revolución cuántica, la cual quizás será responsable de los avances más significativos del siglo XXI.
Jairo Alexis Rodríguez, doctor en Física y profesor titular de la Universidad Nacional de Colombia
Foto:
Cortesía
Las tecnologías cuánticas nos permitirán organizar y controlar los componentes de un sistema complejo gobernado por leyes de la física cuántica, en contraste a la tecnología convencional a la cual le sirve como marco la mecánica clásica.
Hay dos vías de desarrollo de las tecnologías cuánticas, la primera esta relacionada con el hecho de que en el último siglo la práctica dominante en innovación tecnológica es la miniaturización, es decir, la fabricación de aparatos cada vez más y más pequeños.
Finalmente estos dispositivos nos llevan a escalas de nanometros, y al mundo donde domina la famosa constante de Planck, la constante del mundo cuántico. La segunda via es donde los principios de la mecánica cuántica ofrecen la promesa de mejorar todo lo que hemos alcanzado dentro del marco clásico.
La premisa de la segunda revolución cuántica es darnos cuenta de que los humanos ya no somos más observadores pasivos del mundo cuántico. Antes usamos la mecánica cuántica para entender lo que existía, podíamos explicar la tabla periódica pero no diseñar y construir nuestros propios átomos, veíamos cómo funcionan los metales y los semiconductores pero no podíamos manipular su comportamiento. El poder de la ciencia y la tecnología es la habilidad de construir y alterar nuestros entorno para nuestros propios fines y no solamente explicarlos.
En la segunda revolución cuántica usaremos la mecánica cuántica para alterar la fase cuántica de nuestro mundo físico. Estamos transformando los estados cuánticos que nosotros mismos diseñamos para nuestros propios propósitos. Por ejemplo, podemos hacer átomos artificiales, puntos cuánticos y pseudo partículas excitones, los cuales nos dan la capacidad de construir nueva electrónica y nuevos instrumentos ópticos.
Estamos diseñando nuevos estados de materia cuántica con la propiedad de estar entrelazada, y poder así actuar y comunicar estados en forma inmediata, más rápido que la luz. Estamos pensando en usar la energía presente en todo el universo, incluyendo el vacío, y poderla utilizar.
Además: Por primera vez observan la creación de materia a partir de la luz
Estos nuevos estados cuánticos hechos por el hombre tienen propiedades novedosas de sensibilidad y de correlación que llevan a una amplia aplicación en desarrollos de computadores, sistemas de comunicación, sensores y aparatos de metrología cuántica entre otros. Podemos decir que la mecánica cuántica ha madurado lo suficiente para dar paso a la ingeniería cuántica.
Todas estas nuevas tecnologías apenas están emergiendo, y se trata de estar en el lugar correcto, en el momento correcto, para tomar ventaja de estos nuevos desarrollos. Las grandes potencias apuestan fuertemente por el desarrollo de estas tecnologías haciendo inversiones millonarias y esperan retornos en 10 o más años.
Estados Unidos aprobó durante el gobierno Trump un paquete de iniciativas por tecnologías cuánticas por varios cientos de millones de dólares, la Unión Europea impulsa un consorcio de desarrollo cuántico con inversiones que rondan el billón de euros, China inaugura centros de desarrollo tecnológico en cuántica por 10 billones de dólares; la carrera ya empezó, y las grandes corporaciones tecnológicas como Google, IBM, Intel, Microsoft también compiten por la supremacia cuántica, por solo mencionar algunas.
En los últimos tiempos se habla constantemente del computador cuántico, pero este es es solo uno de los posibles desarrollos de las tecnologías cuánticas sobre los cuales se está trabajando. Se investiga en un conjunto específico de herramientas que son genéricas, donde se incluyen metrología cuántica, control cuántico, comunicación cuántica y computación cuántica.
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Pero las tecnologías cuánticas son mucho más amplias, incluyendo ramas como teorías cuánticas de información, algoritmos cuánticos, criptografía cuántica, información cuántica, aparatos electromecánicos cuánticos, microscopía de fuerza de resonancia magnética de spin, electrónica cuántica molecular coherente, electrónica cuántica coherente, computadores cuánticos de estado sólido, circuitos cuánticos superconductores, fotónica cuántica, óptica cuántica, interferometría cuántica óptica, microscopía y litografía cuántica, compresión fotónica, imágenes sin interacción, teleportación cuántica, tecnología de materia coherente, óptica atómica, gradiometría cuántica, láseres atómicos.
Todas estas son algunas de las tecnologías que nos depara el futuro cercano y que saltarán del laboratorio a los mercados. La ingeniería cuántica llega para cambiar nuestro mundo.
* Jairo Alexis Rodríguez
Doctor en Física
Profesor Titular de la Universidad Nacional de Colombia
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miércoles, 1 de septiembre de 2021
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