En uno de mis canales favoritos de YouTube, una chica que es ingeniera va explicando cómo funcionan diferentes objetos de la vida cotidiana.

Justo ayer explicó que dentro de nuestros móviles hay un montón de transistores y otros elementos hechos con semiconductores, que son los elementos básicos de la electrónica digital. Todo esto no se podría hacer sin entender las propiedades cuánticas de los materiales semiconductores, que son la base de estos elementos.

¡No sabía que tenía tecnología cuántica en el bolsillo! Yeah!

Las extrañas propiedades de la física cuántica captaron tanto mi atención que dediqué mi trabajo de investigación a estudiar ese tema. No es fácil encontrar información muy detallada al respecto, así que contacté con varias personas que trabajan en el ICFO. Me indicaron qué materiales podía estudiar y me ayudaron a resolver muchas de mis dudas.

No solo aprendí muchas cosas sobre las tecnologías cuánticas emergentes: ¡mi trabajo ganó el premio de Bachillerato!

Soy bioquímica e investigo nuevas sustancias que podrían convertirse en medicamentos para curar enfermedades que actualmente son incurables.

Una de las partes más largas del proceso para desarrollar un posible nuevo medicamento es la de averiguar qué efectos tendría sobre los organismos.

Con la aparición de los ordenadores cuánticos, podríamos mejorar notablemente nuestros programas de simulación y así se podría reducir de forma drástica la necesidad de experimentar con seres vivos. 

Cada día compartimos muchísima información privada (datos personales, financieros o sanitarios) que podría ser interceptada: los protocolos criptográficos que actualmente protegen esos datos no funcionarían con ordenadores más potentes que los actuales.

Una solución podría provenir de la física cuántica, que permite diseñar protocolos criptográficos que resistirían a los ataques de cualquier ordenador (presente o futuro). Aún hay que superar muchos retos tecnológicos para llegar a integrar sistemas de criptografía cuántica en la red de telecomunicaciones actual. Resolverlos es el objetivo de CiViQ, un proyecto europeo de la Quantum Flagship coordinado por el ICFO y en el que participan otros centros de investigación, universidades y grandes y pequeñas empresas; entre ellas, Quside y LuxQuanta, spin-offs del ICFO fundadas en los últimos años.

Foto: Uno de los laboratorios del ICFO donde se desarrollan las tecnologías para la criptografía cuántica

Muchas de las tecnologías que se usan habitualmente hoy en día se basan en fenómenos que encuentran su explicación en la física cuántica.

Ejemplos: los láseres, los transistores en los que se basa la electrónica, los sistemas de imagen por resonancia magnética (IRM), las células fotovoltaicas, los LED, el GPS...

Todas estas tecnologías, imprescindibles para la vida moderna, forman lo que se conoce como la primera revolución cuántica.

Los pequeños cambios que sufre la luz al atravesar los espacios y los materiales pueden ayudarnos a medir con gran precisión muchas características del mundo que nos rodea, como la distancia y la temperatura.

En el ICFO trabajamos para obtener sensores cada vez más resistentes, que nos permitan medir la temperatura y los campos eléctricos en condiciones extremas, como un incendio.

También investigamos cómo construir sensores ultrasensibles gracias a las propiedades de la física cuántica. Por ejemplo, una balanza capaz de detectar la presencia de tan solo un átomo con nanotubos de carbono o átomos fríos que podrían medir los pequeños campos magnéticos generados por nuestro cerebro.

Foto: Prototipo de sensor cuántico ultrasensible de campo magnético

Los quantum dots (puntos cuánticos) son nanopartículas que tienen la interesante propiedad de emitir y absorber luz de colores específicos, los cuales se pueden ajustar modificando el tamaño y la composición del punto.

Aplicaciones: marcadores de macromoléculas, en microscopía, en computación, en la mejora de la eficiencia de las células fotovoltaicas o los LED…

Ya existen televisores LED que funcionan con puntos cuánticos.

En muchas ocasiones a lo largo de la historia de la ciencia, una nueva teoría ha sustituido a otra anterior: el heliocentrismo reemplazó al geocentrismo, la evolución relevó a las teorías catastrofistas y lamarckianas... Nadie puede asegurar que esto no vaya a ocurrir con la física cuántica.

Entonces, ¿debemos preocuparnos de que todos los esfuerzos que estamos haciendo ahora en este campo algún día serán en vano? ¿O podemos seguir con tranquilidad, dado que la teoría actual funciona por el momento, es decir, nos permite hacer predicciones y desarrollar nuevas tecnologías?

No es fácil prever cuándo estará disponible para la sociedad una tecnología determinada: por ejemplo, hace años que la fusión nuclear parece estar cerca de resolver el problema de la producción de energía, pero siempre aparecen problemas técnicos imprevistos que alejan su puesta en práctica. Por otro lado, algunas tecnologías que ahora encontramos en todas partes, como los láseres, deben su origen a la curiosidad por ciertas preguntas fundamentales, como la interacción entre fotones y materia, sin tener en mente una aplicación en concreto.

¿Cómo podemos escoger los campos de investigación que nos reportarán más beneficios?

Sus aplicaciones en todos los campos de la actividad humana cambiarán radicalmente nuestras vidas, como ya lo hicieron en su momento la electricidad y la electrónica. Debemos invertir tanto como podamos en su desarrollo, para hacerlas comercialmente viables lo antes posible. 

No hay que dejarse engañar por promesas ilusorias. Hemos llegado muy lejos con las tecnologías clásicas y todavía nos queda mucho camino por recorrer: mantenemos la inversión actual en tecnologías cuánticas. Dejemos que los científicos hagan su trabajo y que sigan investigando, concentrándonos en mantener y mejorar las tecnologías que ya tenemos. 

La investigación en física cuántica y sus aplicaciones es positiva, pero ahora mismo tenemos otros problemas mucho más importantes y urgentes, como el hambre, la pobreza, las guerras y el terrorismo. Mantengamos la investigación, pero invirtamos nuestro dinero para buscar soluciones a los grandes problemas que tiene nuestra sociedad actualmente.  

Las tecnologías cuánticas son muy prometedoras, pero para hacerlas efectivas es necesario tener un conocimiento sólido de sus bases. Hay que invertir en investigación fundamental: una mejor comprensión de los fundamentos de la física cuántica llevará de forma natural al desarrollo de sus aplicaciones.