En junio pasado, cuando IBM presentó una de las computadoras cuánticas más poderosas en Alemania, la Canciller Angela Merkel aprovechó para reconocer la labor que otros países hacen en la materia.
«El resto del mundo no está dormido en este sector», dijo Merkel -quien se desempeñaba como química cuántica en Alemania Oriental antes de dedicarse a la política-, refiriéndose, claro, a Estados Unidos y China con sus grandes sumas de dinero invertidas en ello.
Más allá de las potencias que ven en la computación cuántica un papel clave para su soberanía tecnológica y digital, además de un motor para el crecimiento económico, ¿qué hacen al respecto otras naciones del globo? ¿Qué hay de México específicamente?
Hay por lo menos una institución del País en la que las tecnologías cuánticas han venido incubando durante los últimos 20 años, al grado de que próximamente podrían comenzar a derivar en aplicaciones prácticas.
«Aquí en Querétaro tenemos más de dos décadas trabajando en el tema», comparte en entrevista el maestro y doctor en Ciencias con especialidad en Física José Mauricio López Romero, director del Cinvestav Unidad Querétaro, donde se incorporó en 2015.
«Hemos hecho buena tarea a lo largo de los últimos seis años. Ya contamos con laboratorios equipados, con una inversión que supera el millón de dólares en equipamientos, y estamos muy contentos. Hay un panorama muy interesante al frente», agrega a propósito de un trabajo realizado en mancuerna con el Gobierno estatal y la Industria.
El desarrollo del cómputo cuántico, considerada una tecnología clave del futuro y que tiene muy entusiasmada a la comunidad académica, figura en este esfuerzo que refiere López Romero.
Las computadoras cuánticas emplean partículas subatómicas para evadir las limitaciones de la computación tradicional, y son capaces de realizar cálculos a velocidades mucho mayores que las supercomputadoras más veloces.
De ahí que, pese a ser vistas como algo reservado para estudios de alta complejidad, varias empresas busquen ahora usar computadoras cuánticas para desarrollar nuevos materiales, medicamentos y aplicaciones de Inteligencia Artificial.
Para el director de Cinvestav Querétaro, quien por 20 años se desempeñó en el Centro Nacional de Metrología, es claro que esta forma disruptiva de hacer cómputo viene de la mano con una enorme capacidad de resolución de problemas, precisamente a partir de la solución de ecuaciones diferenciales que gobiernan sistemas complejos.
«Se pueden resolver de manera rápida, y eso nos da la esperanza de poder avanzar de manera más acelerada en soluciones que ahora nos toman más tiempo; soluciones de tipo de ingeniería, de biología, de medicina, de ciencia básica o fundamental.
«Entonces, sí, a nivel de la comunidad científica hay una gran expectativa hacia las capacidades nuevas que se puedan generar con este advenimiento de las computadoras cuánticas», reitera López Romero.
Sin embargo, un aspecto no tan entusiasta y que más bien preocupa a algunos es el potencial uso del cómputo cuántico para vulnerar llaves criptográficas de sistemas informáticos, como aquellos con los que operan la industria, la banca o los Gobiernos.
«Este tipo de llaves criptográficas pueden ser vulneradas de manera muy eficiente por cómputo cuántico. La preocupación que hay a nivel de Gobiernos, a nivel de empresas, es que los sistemas informáticos van a quedar muy expuestos al uso indebido de este poder de cómputo», remarca el físico.
Pero la forma de responder a esa probable amenaza es también de naturaleza cuántica.
«La criptografía cuántica nos ofrece una capacidad también disruptiva para generar llaves criptográficas que resisten los ataques informáticos más sofisticados que podamos imaginar, incluido el cómputo cuántico.
«Aquí en el Cinvestav Querétaro estamos ya desarrollando, y estamos muy avanzados, ya tenemos de hecho la capacidad de desarrollar criptografía cuántica que nos ubica un paso adelante para desplegar estas capacidades de protección de redes de datos por estos métodos cuánticos ya a nivel operativo», asegura el titular de la institución.
De acuerdo con López Romero, uno de los primeros ejercicios que perfilan realizar en esta materia es comenzar con la protección de un canal cuántico específico en la ciudad de Querétaro.
«Esto lo estamos planeando que tenga lugar en los próximos meses, probablemente a inicios del próximo año, y será la demostración muy concreta, muy blanco y negro, de las capacidades que hemos generado aquí en el Cinvestav en lo que se refiere a criptografía cuántica», recalca.
Internet y gravimetría
En conjunto con la computación cuántica, en Cinvestav Querétaro también han apuntado hacia el futuro de las comunicaciones desde lo que se conoce como internet cuántico.
Se trata, detalla José Mauricio López Romero, de aquel donde la comunicación está protegida por vías como la mencionada criptografía cuántica, pero la información en sí misma puede ser generada por métodos cuánticos.
En ese sentido, para tener una red de comunicación cuántica se requieren memorias especiales que almacenen la información cuántica de manera distinta a como tradicionalmente lo hacen los dispositivos actuales.
«Las leyes de la mecánica cuántica establecen que una vez que tú observas un sistema cuántico lo perturbas. Es decir, cambia su estado simplemente por el hecho de observarlo, de medirlo.
«Entonces, las memorias cuánticas son dispositivos que almacenan información cuántica sin ni siquiera mirarla, sin perturbarla», explica el físico.
Tales memorias, pues, son los ladrillos a partir de los cuales erigir redes de comunicación cuántica, nodos que conecten a dos o más usuarios intercambiando información.
«Ese desarrollo de memorias cuánticas, esfuerzo único en este País, se está haciendo aquí en el Cinvestav Querétaro, y precisamente estamos usando física que tiene que ver con el comportamiento de átomos fríos de rubidio», resalta el director de la unidad.
Esta capacidad de valerse de las leyes fundamentales de la mecánica cuántica para desarrollar tecnologías disruptivas es lo que constituye la segunda revolución cuántica, expone López Romero.
Así, además de lo arriba mencionado, los investigadores también han elaborado sensores para dar paso a la gravimetría cuántica, mediante la cual es posible medir la aceleración local de la gravedad paraun mayor conocimiento de cómo se comporta el entorno gravitacionalmente.
De esta gravimetría de alta precisión deriva una multiplicidad de aplicaciones importantes, de las que el físico resalta la prospección subterránea, como la petrolera o de mantos acuíferos.
«Estoy hablando de gravimetría cuántica que te permite, sin hacer una sola perforación, conocer qué hay debajo del subsuelo, qué hay debajo de nuestros pies.
«Por ejemplo, podemos seguir la evolución del nivel de agua en los mantos de agua, y cómo este nivel de agua cambia al paso de los meses, de las sequías -que hoy en México vivimos una enorme sequía-«, ilustra.
Dicha gravimetría cuántica abre la posibilidad de hacer un mapeo gravitacional de una zona y estar monitoreando a profundidad, ya sea incluso el propio movimiento de capas tectónicas y cómo se enciman una sobre la otra.
«Ése es un esfuerzo también que estamos desarrollando como parte de nuestros laboratorios de tecnología cuántica. Es decir, desarrollo de gravímetros cuánticos que nos permitan medir la aceleración de la gravedad con altísima precisión», cuenta el director de Cinvestav Querétaro.
Por un lado, uno de los trabajos al respecto es el desarrollo de un gravímetro cuántico dual único a nivel mundial capaz de medir la gravedad usando dos sensores simultáneamente, los cuales están formados por átomos de cesio y átomos de rubidio.
A decir de López Romero, con este dispositivo en particular buscan avanzar en cuestión de ciencia básica, pues uno de los objetivos es poner a prueba hasta qué punto es válido lo que se conoce como el principio de equivalencia de la relatividad general.
Por otra parte, y en colaboración con la UNAM y la Universidad Autónoma de San Luis Potosí, trabajan en un gravímetro cuántico portátil que fácilmente pueda ser llevado y operado en campo para determinadas aplicaciones.
Producto de la triple hélice
Todos estos desarrollos, entre los cuales también hay condensados de Bose-Einstein atómicos -un estado de la materia formado a partir del enfriamiento de átomos por láser-, integran un paquete útil no sólo desde la ciencia básica, sino para la solución de problemas, estima José Mauricio López Romero.
«Afortunadamente, aquí en el Estado de Querétaro hemos hecho una muy buena mancuerna con el Gobierno estatal, y estamos decididos a hacer de la entidad el polo de desarrollo en cuanto a tecnologías cuánticas», subraya el director de Cinvestav Querétaro.
«Estamos trabajando arduamente para que en el Cinvestav y en otros centros del Estado se desarrollen, se maduren y se ponga la operación en campo de tecnologías cuánticas de la mano con el Gobierno estatal», continúa.
«Y cabe decir que aquí ha sido muy exitoso este modelo de la triple hélice, donde la Academia, la Industria y el Gobierno convergen en objetivos comunes para el beneficio de todos».
A pregunta expresa sobre qué es lo que se necesita para que todo este trabajo en materia de tecnologías cuánticas prospere y se materialice a gran escala, López Romero responde que lo esencial es que no disminuya este esfuerzo de la triple hélice sostenido por años, con el Gobierno como un facilitador para que Academia e Industria colaboren y resuelvan problemas comunes.
«(Debemos) continuar con este esfuerzo que ha llevado el Estado de Querétaro. Es decir, no bajar el paso y mantener esta coordinación entre Academia, Gobierno e Industria todavía por más largo tiempo para que las ideas que se generan en los laboratorios se vean cristalizadas en tecnologías que operan a nivel de campo», sostiene el físico.
«¿Qué hace falta? Más trabajo, continuar con este esfuerzo de la triple hélice en Querétaro, y estamos seguros, estamos convencidos de que estaremos entregando muy buenos resultados no solamente de parte del Cinvestav, sino de toda la comunidad estatal en lo que se refiere a ciencia tecnología e innovación».
