¿Qué es la tecnología cuántica? (Explicado en lenguaje sencillo)
Las tecnologías cuánticas ya están aquí
Los próximos grandes avances estarán impulsados por tecnologías cuánticas y serán exponencialmente más avanzados que incluso los sistemas más rápidos e inteligentes que tenemos hoy en día, catapultando avances tanto en el sector público como en el privado.
La computación cuántica, en particular, promete alterar por completo la forma en que procesamos la información y nos permitirá abordar problemas que incluso las supercomputadoras clásicas más poderosas nunca resolverían, desde la química detrás de los descubrimientos farmacéuticos hasta grandes desafíos en el descifrado de códigos y la ciencia de los materiales.
Este artículo tiene como objetivo ofrecer una comprensión clara y concisa de la tecnología cuántica, sus principios subyacentes y diversas aplicaciones, como la informática y la velocidad de Internet. Esperamos que este artículo resuelva conceptos complejos en un lenguaje sencillo y muestre el impacto potencial de la tecnología cuántica en la vida cotidiana.
¿Qué es la tecnología cuántica?
Las comunicaciones basadas en la cuántica reproducen un fenómeno natural en el que las partículas de luz (fotones) pueden vincularse o “entrelazarse” de tal manera que cualquier cambio en uno de los fotones es reflejado instantáneamente por su “gemelo”, incluso cuando están separados por grandes distancias.
A diferencia de la computación y las redes convencionales, que se basan en el procesamiento secuencial, los fotones entrelazados, llamados “qubits”, se pueden utilizar para procesar múltiples rutas paralelas de datos al mismo tiempo. Por lo tanto, las tecnologías cuánticas prometen superar los límites físicos actuales de las tecnologías de computación, redes y detección existentes.
Todo esto significa un futuro de resolución rápida y precisa de problemas que incluso las supercomputadoras más avanzadas no pueden resolver hoy.
Comunicación cuántica y velocidades de Internet
En 2010, EPB, el proveedor de electricidad municipal y proveedor de comunicaciones basadas en fibra óptica de Chattanooga, Tennessee, estableció un nuevo estándar en preparación para el futuro cuando lanzó el primer servicio de Internet comunitario de un gigabit por segundo para cada hogar y negocio en su territorio de 600 millas cuadradas.
Mientras tanto, el pionero de las redes cuánticas Qubitekk estaba poniendo en práctica sus años de investigación en entrelazamiento cuántico a través del desarrollo de una tecnología de cifrado basada en la cuántica con el objetivo de establecer un nuevo estándar que cambiara paradigmas para la seguridad contra las ciberamenazas.
En 2017, EPB y Qubitekk colaboraron para participar en unesfuerzo ganador del premio R&D 100 con Oak Ridge y Los Alamos National Laboratories que ejecutaron esta tecnología de cifrado cuántico en bucles de fibra óptica del mundo real que EPB estableció entre algunas de sus subestaciones eléctricas.
La asociación logró compartir qubits a través de este entorno de fibra óptica del mundo real, lo que llevó a EPB y Qubitekk a aprovechar ese éxito al establecer EPB Quantum Network SM impulsado por Qubitekk , una solución integral de red cuántica.
Como resultado de este trabajo, EPB Quantum Network integra la red 100% de fibra óptica establecida de EPB con la plataforma Bohr IVTM de Qubitekk para brindar a los innovadores acceso a los últimos equipos y tecnología para generar, distribuir y medir qubits con el fin de ejecutar sus tecnologías cuánticas y validar sus desarrollos.
En definitiva, para acelerar el desarrollo, la adopción y la integración de productos cuánticos en el mercado, los innovadores, las empresas, los emprendedores, los investigadores, las agencias gubernamentales y las universidades deben poder conectarse con el futuro cuántico. Eso es lo que EPB Quantum Network busca hacer al proporcionar un lugar para que las innovaciones cuánticas del sector público y privado se ejecuten en un entorno de fibra óptica establecido en el mundo real.
Para mantener la red de fibra óptica comunitaria de Chattanooga a la vanguardia, EPB recientemente actualizó su red principal a una capacidad de 100 gigas y está a más de la mitad de un proceso de actualización de todo el sistema que durará cinco años y costará $70 millones. Como resultado de esta inversión, EPB lanzó recientemente el primer servicio de Internet comunitario de 25 Gig de Estados Unidos, que ofrece velocidades de carga y descarga simétricas y sin límites de datos.
Esta infraestructura, junto con la investigación de la red cuántica EPB , ayuda a sentar las bases para la próxima generación de Internet cuántica. La Internet cuántica es una red teórica y muy solicitada de computadoras cuánticas interconectadas que algún día permitirán a las personas enviar, calcular y recibir información utilizando tecnología cuántica.
El objetivo de la Internet cuántica no es sustituir a la Internet que conocemos hoy, sino crear una red coexistente que pueda utilizarse para resolver tipos específicos de problemas. Los científicos creen que será especialmente útil para problemas que impliquen muchas variables, como el análisis de riesgos financieros, el cifrado de datos y el estudio de las propiedades de los materiales.
Otras aplicaciones de la tecnología cuántica
La tecnología cuántica se manifiesta a través de aplicaciones en comunicaciones seguras, recuperación ante desastres a través de una mejor predicción, computación, simulación, química, atención médica, criptografía e imágenes, entre otras.
La computación cuántica puede mejorar la investigación y el desarrollo, la optimización de la cadena de suministro y la producción. Por ejemplo, se podría aplicar la computación cuántica para reducir los costos relacionados con el proceso de fabricación y acortar los tiempos de ciclo mediante la optimización de elementos como la planificación de rutas en procesos complejos .
Además, las tecnologías cuánticas representan una nueva frontera para avanzar exponencialmente en materia de ciberseguridad, detección y computación de última generación. Esto promete beneficios revolucionarios en la protección de las personas frente a las ciberamenazas, el lanzamiento de una Internet de última generación y el desarrollo de nuevos avances en el ámbito de la atención sanitaria, las finanzas y otros sectores.
Por ejemplo, las tecnologías cuánticas pueden ayudar a crear modelos de nuevas vacunas y tratamientos médicos en una fracción de tiempo. Pueden utilizar la inteligencia artificial para mejorar la competitividad de una empresa y crear oportunidades educativas interactivas mediante realidad virtual fotorrealista. Tienen el poder de traducir varios idiomas de manera simultánea e instantánea.
Además, el modelado meteorológico basado en la cuántica podría ayudar a emitir alertas mucho más precisas antes de que ocurran tornados, terremotos, tsunamis y otros desastres naturales.
Mecánica cuántica: la base
La mecánica cuántica es una rama de la física que estudia el comportamiento de la materia y la energía a nivel atómico y subatómico. En este nivel, partículas como los electrones, los fotones y los átomos se comportan de forma muy diferente a los objetos que encontramos en nuestra vida diaria.
Una de las características clave de la mecánica cuántica es que las partículas pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo. Esto se conoce como superposición y significa que una partícula puede estar en múltiples ubicaciones, tener múltiples energías o tener múltiples orientaciones de espín simultáneamente.
Otro concepto importante en la mecánica cuántica es que las partículas se describen mediante funciones de onda, que representan la probabilidad de encontrar la partícula en un estado particular.
La mecánica cuántica también incluye la idea del entrelazamiento, donde dos partículas pueden conectarse de tal manera que el estado de una partícula depende del estado de la otra, incluso si están separadas por grandes distancias (como describimos anteriormente).
Pero hablemos de cómo se puede reconocer la mecánica cuántica en acción. Uno de los ejemplos más básicos de mecánica cuántica que vemos en la vida cotidiana son las luces fluorescentes. Las bombillas fluorescentes contienen electrodos que se calientan y expulsan electrones. Estos electrones, a su vez, bombardean una pequeña cantidad de mercurio que también está dentro de la bombilla. Las colisiones hacen que los electrones del mercurio salten a un estado de energía cuántica superior.
La mecánica cuántica también es una parte vital del diseño de muchos dispositivos electrónicos modernos. Los relojes atómicos, como los que se incluyen en el GPS, utilizan principios de la mecánica cuántica para medir el tiempo con mayor precisión que cualquier otra tecnología que hayamos ideado hasta ahora. Y la tecnología, como los láseres, las células solares, los microscopios electrónicos, los dispositivos de resonancia magnética y los componentes utilizados en el hardware informático, se basan en los principios de la mecánica cuántica.
Computación cuántica
La computación cuántica es un tipo de computación que utiliza los principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos. A diferencia de las computadoras clásicas, que utilizan dígitos binarios o bits (ya sea 0 o 1), las computadoras cuánticas utilizan bits, o cúbits, que pueden estar en una superposición de estados (como 0 y 1 al mismo tiempo) y pueden estar entrelazados entre sí.
Esto permite que los ordenadores cuánticos realicen determinados tipos de cálculos con mayor rapidez que los ordenadores clásicos, especialmente en el caso de problemas que implican grandes cantidades de datos o algoritmos complejos. Por ejemplo, los ordenadores cuánticos pueden utilizarse para factorizar números grandes, lo que es importante para la criptografía, o para simular reacciones químicas complejas, lo que resulta útil para el descubrimiento de fármacos.
Sin embargo, la computación cuántica todavía se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo y actualmente está limitada en cuanto al número de cúbits que se pueden utilizar y el nivel de corrección de errores que es posible. No obstante, muchos investigadores y empresas están trabajando en el desarrollo de aplicaciones prácticas para la computación cuántica en el futuro.
A continuación se muestra un breve vídeo sobre los conceptos básicos de la computación cuántica, explicado en términos sencillos.
Detección cuántica
La detección cuántica es una tecnología de sensores avanzada que mejora enormemente la precisión de cómo medimos, navegamos, estudiamos, exploramos, vemos e interactuamos con el mundo que nos rodea al detectar cambios en el movimiento y los campos eléctricos y magnéticos.
Los sensores cuánticos utilizan cantidades mínimas de energía y materia para detectar y medir cambios minúsculos en el tiempo, la gravedad, la temperatura, la presión, la rotación, la aceleración, la frecuencia y los campos magnéticos y eléctricos. Están disponibles comercialmente en diversas formas desde hace más de medio siglo; pensemos en una máquina de imágenes por resonancia magnética, o MRI, que rastrea los cambios en el giro magnético de los átomos de hidrógeno individuales para observar el interior de un cuerpo. Pero los recientes avances en este campo sugieren que estos sensores pronto traerán una revolución en la medición y la inteligencia de señales, posiblemente al hacer mucho más fácil la detección de submarinos, naves espaciales e instalaciones subterráneas.
El cronometraje ultrapreciso es el logro más importante de la detección cuántica hasta la fecha, ya que añade precisión a todas las demás formas de detección. Además de crear un GPS superpreciso, los sensores cuánticos pueden medir la forma y el campo gravitatorio de la Tierra con una precisión de un centímetro. Esta detección puede ser útil tanto para cartografiar los recursos minerales subterráneos como para calcular con precisión las trayectorias de los misiles balísticos y otras municiones.
El futuro de la tecnología cuántica
En el ámbito de la tecnología cuántica, apenas estamos en los primeros años de vida de la misma. En cada una de sus secciones (como las computadoras cuánticas, los simuladores, las comunicaciones, los sensores y la metrología) hay mucho margen de mejora.
En los próximos años, se espera que las computadoras cuánticas procesen 50 cúbits, además de demostrar una aceleración cuántica y un rendimiento superior al de las computadoras clásicas. Los simuladores cuánticos tendrán la capacidad de resolver problemas que van más allá de la capacidad de las supercomputadoras.
Pero a medida que esta tecnología crece y se expande con la investigación y el desarrollo, literalmente no hay límite a lo que puede hacer para mejorar nuestras vidas en el futuro. La clave es seguir pensando de manera innovadora en formas que nunca antes hubiéramos creído posibles.
