Las tecnologías actuales, que consumen mucha energía, tienen dificultades para satisfacer nuestro creciente apetito y necesidad de información en internet.
Las emocionantes innovaciones basadas en la tecnología cuántica, en la investigación de vacunas y el cambio climático, pueden superar a todas las tecnologías existentes.
«Si puedes pensar en la teoría cuántica sin sentir vértigo, es que no has entendido nada de ella». Esta cita de Niels Bohr procede de una conversación que mantuvo en Copenhague en 1952 con Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli, dos de sus compañeros y figuras clave fundadoras de la mecánica cuántica. Desde aquella conversación, la teoría cuántica y las tecnologías derivadas de ella han transformado nuestras vidas, dando lugar a los láseres, los transistores y los teléfonos inteligentes. Tenemos motivos de sobra para creer que los futuros inventos basados en las tecnologías cuánticas emergentes revolucionarán la capacidad de cálculo y transformarán varios sectores.
¿Qué son las tecnologías cuánticas?
Las tecnologías cuánticas son sistemas diseñados que utilizan las propiedades cuánticas de los fotones, los electrones, los átomos o las moléculas. Las propiedades cuánticas esenciales para estas tecnologías son el entrelazamiento, la superposición y el efecto túnel.
Un simulador cuántico es un sistema cuántico dedicado a reproducir el comportamiento de otro sistema en el que los fenómenos cuánticos son importantes. Una ventaja del simulador cuántico es que no requiere controlar todos los componentes y es mucho más sencillo de construir que un ordenador cuántico completo. Ya existen plataformas funcionales para simuladores cuánticos que han demostrado ser competitivas frente a los superordenadores. Algunos ejemplos son los iones atrapados o los átomos ultrafríos en una red óptica.
El ordenador cuántico es el objetivo último y más ambicioso de las tecnologías cuánticas. En un ordenador clásico, la información se codifica en bits, que pueden tomar el valor 0 o 1. En un ordenador cuántico, la unidad de memoria se llama cúbit, y puede estar en una superposición de varios estados. En pocas palabras, n bits clásicos pueden contener información sobre 1 número a la vez, mientras que n cúbits contienen información sobre 2n números simultáneamente. Uno de los desafíos para hacer realidad el ordenador cuántico consiste en identificar y fabricar cúbits; otro desafío importante es la corrección de errores.
¿Qué está haciendo el Foro Económico Mundial en relación con la Cuarta Revolución Industrial?
El Centro de Tecnologías de Frontera e Innovación reúne a científicos, responsables de políticas y líderes empresariales para comprender las tecnologías emergentes y sus implicaciones en el mundo real.
Al facilitar la colaboración y la experimentación, el Centro ayuda a sus socios a convertir la innovación surgida de la investigación en aplicaciones prácticas que abordan desafíos globales compartidos.
La necesidad de una revolución cuántica
Nos acercamos al final de una era tecnológica: la ley de Moore ya no se cumple en lo que respecta a la capacidad de cálculo, y las tecnologías que sustentan nuestra sociedad de la información están casi al límite de su potencial. Al mismo tiempo, afrontamos graves desafíos mundiales, como la pandemia de COVID-19 y el cambio climático, mientras esperamos que la vida y la salud de las personas mejoren continuamente. En nuestra búsqueda de soluciones para estos desafíos, nos hemos topado con un obstáculo: hay que procesar cantidades ingentes de datos, lo que requiere una capacidad de cálculo de una magnitud muy superior a la disponible actualmente.
Otro obstáculo es la energía necesaria para gestionar el rápido aumento de los datos y del intercambio de información en internet. Si no aumentamos considerablemente el suministro de energía de forma sostenible y sin recurrir a combustibles fósiles, sencillamente no podremos proporcionar suficiente energía de manera responsable con los métodos de cálculo actuales.
Quedarse quieto significa retroceder
La carrera cuántica ya ha comenzado, y con razón. Según un reciente informe de KPMG, se espera que pronto el mercado mundial de tecnologías cuánticas alcance los 50.000 millones de euros, y las perspectivas de estas tecnologías son realmente asombrosas. Los países que no participan en esta carrera, los que se quedan quietos, en realidad están retrocediendo. También está en juego la seguridad nacional, estrechamente vinculada al cifrado de datos, que está a punto de revolucionarse gracias a las tecnologías cuánticas.
Es posible que todavía falten décadas para disponer de ordenadores cuánticos plenamente desarrollados y capaces de realizar cualquier tarea de cálculo general. Aunque grandes empresas tecnológicas como IBM, Google y Microsoft ya ofrecen gratuitamente plataformas de cálculo cuántico emergentes, el cliente paga únicamente con la privacidad de sus datos y la posible pérdida de propiedad intelectual.
No deberíamos esperar a que llegue el ordenador cuántico completo para incorporarnos a la era cuántica, porque las soluciones híbridas que combinan elementos de las tecnologías cuánticas con métodos de cálculo clásicos ya han demostrado ofrecer ventajas de cálculo superiores a las de los superordenadores clásicos. Otras tecnologías basadas en la cuántica, como la simulación cuántica, también pueden predecir con éxito el comportamiento complejo de sistemas de naturaleza cuántica.
La transformación de los sectores impulsada por la cuántica
Es probable que las tecnologías cuánticas transformen el sector de las ciencias de la vida y, con él, la salud de las personas. Las tecnologías cuánticas están especialmente bien posicionadas para revolucionar la investigación de nuevos fármacos. Las interacciones mecánico-cuánticas desempeñan un papel esencial en la estructura tridimensional y la función de un fármaco molecular, como un péptido o una proteína. Dada la secuencia de aminoácidos de una proteína, existen infinidad de configuraciones tridimensionales posibles; el reto consiste en predecir cuál adopta en la naturaleza y cómo interactúa en el contexto celular fisiológico y a lo largo de escalas de tiempo relevantes. Poder realizar estas exploraciones e identificar así, de manera fiable, compuestos candidatos mediante tecnologías cuánticas permitirá ahorrar un tiempo de laboratorio valioso y costoso, y posiblemente reducir la necesidad de experimentar con animales y personas.
También es probable que las tecnologías cuánticas emergentes transformen el sector energético. Por ejemplo, los ordenadores cuánticos podrán optimizar las redes eléctricas y predecir el impacto ambiental de distintos métodos de producción de energía y transporte. Además, la mucha mayor eficiencia de los dispositivos de cálculo cuántico reducirá considerablemente el consumo de energía frente al uso de ordenadores convencionales para las mismas tareas. Asimismo, es probable que el cálculo cuántico permita predecir mejor las propiedades de los materiales, algo pertinente, por ejemplo, para encontrar materiales más eficientes para baterías o sistemas fotovoltaicos, donde la interacción entre la luz y el material es, en efecto, de naturaleza cuántica.
La capacidad de cálculo de un ordenador cuántico plenamente desarrollado transformará el mundo de formas difícilmente imaginables. Nos permitirá procesar mucha más información y mucho más rápido, lo que, por ejemplo, facilitará la comprensión de los complejos datos que ha generado la pandemia de COVID-19 y nos permitirá prepararnos mejor para la próxima pandemia. Además, poder procesar y analizar todos los datos climáticos aportará información valiosa sobre el origen de los cambios climáticos que estamos viviendo y nos ayudará a mitigar sus efectos y a devolver el planeta a un equilibrio estable.
Niels Bohr también dijo: «Predecir es muy difícil, sobre todo cuando se trata del futuro». Sin embargo, es probable que las tecnologías cuánticas faciliten las predicciones y transformen sectores importantes. Por estas razones, es fundamental que investigadores, industria, políticos y fundaciones aunemos esfuerzos para impulsar decididamente la transición cuántica.
