Sóc farmacèutic i en el meu treball la precisió de la meva balança és fonamental per a la preparació de fórmules magistrals. Per aquesta raó, la faig recalibrar cada any: quan ho vaig fer en 2019, em van explicar que aquell any va canviar la definició de quilogram en el Sistema Internacional d’Unitats. Ara la definició de la unitat de pes que s’utilitza arreu del món està basada en una constant universal, la constant de Planck, que juga un paper fonamental a la física quàntica.

Soc arquitecte. Amb el canvi climàtic, l’eficiència energètica és una de les meves principals preocupacions quan dissenyo edificis,la calefacció i la refrigeració representen una gran part de la petjada de carboni d’un edifici. Recentment, vaig assistir a un congrés on investigadors van presentar nous materials dissenyats amb tecnologia quàntica que poden passar de ser transparents a opacs segons la temperatura, reduint dràsticament la necessitat d’aire condicionat.​

Mai no havia relacionat la física quàntica amb l’arquitectura. Em va fer adonar de fins a quin punt poden arribar els efectes de la recerca fonamental.

Soc enginyer de telecomunicacions i treballo en infraestructures per al que alguns anomenen “internet quàntic” una futura xarxa en què la informació es transporta mitjançant fotons individuals en comptes de senyals elèctrics. Un dels principals reptes és que els fotons no es poden amplificar simplement com els senyals clàssics; en canvi, calen dispositius anomenats memòries quàntiques que puguin emmagatzemar un sol fotó i alliberar-lo quan calgui, sincronitzant perfectament parts distants de la xarxa.​

A vegades em costa creure que estiguem dissenyant sistemes en què una sola partícula de llum és la unitat d’informació. Però els experiments que es duen a terme als laboratoris avui dia suggereixen que potser no és tan lluny com sembla.

Els resultats d’una mesura són probabilístics: no tenim manera de saber què passarà quan mesurem una sola partícula, però podem calcular amb precisió la probabilitat de cada possible resultat.

Aplicacions: nombres aleatoris. De fet, és l’única manera d’obtenir nombres completament aleatoris. Els nombres aleatoris tenen aplicacions en criptografia i en simulació de sistemes complexos (previsió meteorològica, mercat financer, etc.).

Una spin-off de ICFO, Quside, va inventar un generador de nombre aleatoris basat en la física quàntica.

Cada dia compartim una gran quantitat d’informació privada (dades personals, financeres o de salut) que podria ser interceptada: els protocols criptogràfics que actualment la protegeixen poden fallar davant d’ordinadors més potents que els actuals.​

Una solució prové de la física quàntica, que permet dissenyar protocols criptogràfics capaços de resistir atacs de qualsevol ordinador (present o futur). Basant-se en importants avenços en tecnologia quàntica, QSNP té com a objectiu accelerar la integració i el desplegament a gran escala de comunicacions segures davant de la computació quàntica a les xarxes de telecomunicacions d’Europa.​

QSNP és un projecte europeu del programa Quantum Flagship, coordinat per l’ICFO, que reuneix més de 40 socis incloent-hi centres de recerca, universitats i empreses, entre les quals spin-offs de l’ICFO com Quside i LuxQuanta per desenvolupar, integrar i desplegar tecnologies de comunicació segures de nova generació a tot Europa.

La física quàntica descriu sistemes microscòpics, mentre que la física clàssica explica el comportament dels objectes quotidians. Com i per què els efectes quàntics desapareixen a gran escala continua sent una qüestió oberta. Entendre aquest límit és crucial tant per a la ciència fonamental com per a l’enginyeria, ja que les tecnologies quàntiques han de preservar el comportament quàntic mentre interactuen amb un entorn clàssic.​

L’ICFO acull alguns dels llocs més freds de la Terra, on els àtoms es refreden fins a temperatures de només centèsimes de nanokelvin per sobre del zero absolut, més fred que l’espai profund.​

Només uns pocs laboratoris al món poden reproduir aquestes condicions extremes, atrapant àtoms en petites cambres de buit per estudiar les fràgils propietats quàntiques que emergeixen quan la matèria és tan freda i està tan immòbil com és possible.

Molts dels principis de la física quàntica desafien el sentit comú (per exemple, les partícules han de tenir propietat ben definides) o altres teories físiques (una acció a distància instantània no és possible). Per aquesta raó, els físics es demanaven si la teoria quàntica era incompleta.

John Bell va posar fi a aquest debat filosòfic dissenyant un experiment que permetria excloure possibles explicacions alternatives a la física quàntica que no desafiaven la intuïció.

A partir dels anys 80, es van fer molts tests de Bell que van confirmar la validesa de la física quàntica.

Algunes prediccions de les teories científiques poden requerir anys de recerca i proves abans de ser confirmades. Per exemple, van passar més de 40 anys entre la formulació teòrica del làser i la seva fabricació, o entre la predicció de l’existència del bosó de Higgs i la seva detecció.

I si haguessin perdut l’esperança anys abans i no l’haguessin trobat? Fins a quin límit és sensat invertir diners i esforç en confirmar una teoria quan hi ha tants reptes socials que requereixen inversions immediates? 

Un debat obert en física quàntica és com s’interpreta. La interpretació més comuna i antiga (1925-1927) és la interpretació de Copenhaguen (que hem utilitzat a les Fitxes d’Informació). Tanmateix, n’hi ha d’altres, com la interpretació dels molts mons (cap al 1960), que suggereix que quan fem una mesura, tots els resultats possibles apareixen en universos paral·lels, però nosaltres només n’observem un. Un dels problemes de les interpretacions és que no està clar si es poden verificar experimentalment.

Les seves aplicacions en tots els camps de l’activitat humana canviaran les nostres vides de forma radical, com ja ho van fer en el seu moment l’electricitat i l’electrònica. Hem d’invertir tant com puguem en el seu desenvolupament, per fer-les comercialment viables com més aviat millor. 

No ens hem de deixar enganyar per promeses il·lusòries. Hem arribat molt lluny amb les tecnologies clàssiques i encara ens queda molt camí per recórrer: mantenim la inversió actual en tecnologies quàntiques. Deixem que els científics facin la seva feina i que segueixin investigant, concentrant-nos en mantenir i millorar les tecnologies de què ja disposem. 

La investigació en física quàntica i les seves aplicacions és positiva, però ara mateix tenim altres problemes molt més importants i urgents, com la fam, la pobresa, les guerres i el terrorisme. Mantinguem la recerca, però invertim els nostres diners per buscar solucions per als grans problemes que té la nostra societat actualment.  

Les tecnologies quàntiques són molt prometedores, però per poder-les fer efectives cal tenir un coneixement sòlid de les seves bases. Cal invertir en recerca fonamental: una millor comprensió dels fonaments de la física quàntica portarà de forma natural al desenvolupament de les seves aplicacions.