Este científico te explica lo que siempre quisiste saber sobre defensa cuántica y nunca te atreviste a preguntar

Cualquiera que haya escuchado a Marko Erman durante unos minutos se da cuenta del talento didáctico que tiene para desbrozar complejos arcanos tecnológicos en un lenguaje asumible para todo público. No tendría por qué tener esta habilidad, ya que la mayor parte de su trabajo la hace entre científicos, analistas e ingenieros. Él mismo tiene un doctorado, 17 patentes y 150 publicaciones en revistas científicas o conferencias. Su opinión es, además, una de las más influyentes del sector en Europa.

Con un presupuesto de 4.000 millones de euros anuales y más de 33.000 empleados en investigación y desarrollo, el doctor Erman es científico en jefe de Thales Group, la multinacional francesa de tecnología de defensa en la que lleva trabajando más de 20 años. Ahora su foco está, entre otras cosas, en el potencial de la segunda revolución cuántica. Erman nos atiende por videollamada desde París y durante una hora responde entusiasmado y paciente a nuestras preguntas para entender lo más básico de esta área y cómo va a impactar radicalmente en la tecnología de defensa, desde antenas y radares a sensores y computadoras.

PREGUNTA. ¿Me puede resumir la tecnología cuántica en unas líneas?

RESPUESTA. En unas frases. La física cuántica o la revolución cuántica de la que hablamos hay es el hecho de ser capaces de manejar individualmente átomos, electrones, fotones, manipularlos y explorar sus propiedades. Hasta hace unos años, solo habíamos sido capaces de hacerlo en un grupo amplio de partículas cuánticas, lo que dio origen a cosas como el láser. Pero esto no tiene nada que ver con lo que hoy llamamos segunda revolución cuántica. Esta segunda se refiere a tener la capacidad de manejar individualmente átomos o fotones y, si logramos eso, poder explorar ciertos efectos físicos.

P. ¿Cómo cuáles?

R. Uno muy popular pero bastante misterioso para la mayoría es el entrelazamiento cuántico [quantum entanglement], reconocido con el premio Nobel del año pasado. Este es solo uno de los comportamientos extraños de la cuántica. Este efecto nos lleva a tres grandes áreas de aplicación. La computación cuántica es la primera, probablemente el más desafiante. El segundo es comunicaciones cuánticas. Europa está muy activa construyendo una red cuántica paneuropea. La Comisión Europea y varios Estados miembros tienen una agenda de trabajo en este campo. Y el tercero serían los sensores cuánticos, que es la aplicación menos conocida por el público hasta el momento porque está eclipsada por el debate de la computación cuántica.

P. ¿Y cómo se aplica esto a la defensa?

R. Desde una perspectiva de defensa, los sensores cuánticos son el campo más importante. Pero como la industria de defensa no es tan dicharachera como la de ordenadores, la visibilidad de lo que está pasando en varios laboratorios de colegas y competidores en países de América o Asia es probablemente menor al conocimiento que tenemos de su desarrollo en computación cuántica. Pero lo que todo el mundo ha comprendido es que la promesa de los sensores cuánticos va a cambiar radicalmente el contexto de la defensa y llevar las funciones de inteligencia al centro de la escena.

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P. ¿Cuál es la gran ventaja de que todo esto (computación, comunicaciones y sensores) sea cuántico?

R. La propuesta de valor de la computación cuántica es que podemos potencialmente resolver problemas que ninguna de las tecnologías actuales puede manejar hoy, ni en el futuro, porque las matemáticas detrás de la computación cuántica será muy diferente y mucho más grande. Por ejemplo, poder simular una molécula en el cerebro, una proteína que está compuesta por miles de átomos. Conocemos toda la física básica asociada con estas moléculas y podríamos poner un papel una fórmula matemática, pero el cálculo, la computación es tan compleja y consumiría tanto tiempo que necesitaríamos millones de años con los ordenadores más potentes y aun así no resolverías el problema. Sin embargo, por la naturaleza de la computación cuántica, que no solo es más poderosa, sino fundamentalmente distinta, seremos capaces de resolver este tipo de problemas.

P. Así que no serán para uso civil. No veremos ordenadores cuánticos en las tiendas.

R. El público debe entender que no serán ordenadores para que trabajemos mejor con un Excel o un Word o navegar en la web. No están diseñados para eso, sino para resolver problemas matemáticos y físicos como la optimización, o cualquier problema en los que el tiempo de ejecución o los pasos de cálculo se incrementen exponencialmente con el tamaño del problema podrán ser acometidos por computación cuántica. Para la tecnología clásica, siempre habrá un problema cuyo tamaño lo haga irresoluble por esta función exponencial.

P. ¿Y esto cómo aplica a las comunicaciones?

R. La propuesta de valor de las comunicaciones cuánticas es que pueden ser potencialmente aseguradas por la física y no podrías acceder a los códigos de seguridad sin ser visto por los que están usando esas comunicaciones. Es la promesa de unas comunicaciones 100% seguras garantizadas por las leyes de la física. Por ejemplo, la red de comunicación cuántica europea tendrá una parte terrestre y otra espacial, que será la encargada de comunicar los códigos cuánticos [quantum keys] a todas las redes regionales, haciendo toda la seguridad a nivel cuántico.

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P. Nos quedan los sensores.

R. El valor aquí está en su promesa de poder cumplir las mismas funciones que los actuales pero con un tamaño muy, muy inferior, y/o una mejor sensibilidad. Un ejemplo de lo que estamos haciendo en Thales con antenas de radiofrecuencia, que son uno de los elementos clave en las comunicaciones electrónicas de guerra. Con tecnología clásica, el tamaño de la antena es proporcional a su frecuencia. Para bajas frecuencias, necesitas grandes antenas, que pueden ser desde de hasta cientos de metros para las de defensa, donde necesitas comunicaciones globales y seguras. Las antenas cuánticas en las que estamos trabajando rompen completamente esta dependencia porque su tamaño es independiente de su frecuencia. Estamos hablando de antenas de un centímetro cuadrado, donde puedes llegar a capturar una señal para la que necesitarías un equipo enorme. Hay antenas en barcos, en aviones y puedes imaginar el impacto que podría tener si podemos miniaturizar estas antenas al tamaño de un paquete de tabaco que pueda trabajar en cualquier tipo de frecuencia. Con este tamaño podrías poner antenas que captan todas las frecuencias en drones, algo que no se puede hacer hoy.

P. ¿Alguna otra aplicación cuántica a destacar?

R. Otra derivación interesante de esta tecnología son los sistemas inerciales, que sirven para posicionar una plataforma en el espacio, mantener la posición y rotar. Hoy utilizamos instrumentos ópticos, como giróscopos láser, y acelerómetros mecánicos, que también están en aviones y militares, así como algunas plataformas terrestres. La navegación hoy utiliza este tipo de sistemas inerciales y GPS. Para aplicaciones de defensa, se necesitan sistemas que estén preparados para lidiar con un bloqueo de señales y permitir una autonomía de navegación en el campo de batalla incluso sin GPS u otras señales. La promesa de los sistemas inerciales cuánticos es que serán mucho más precisos, por un factor de cientos o de miles, todavía es difícil saber dónde estará el límite.

P. ¿Y cómo se trabaja lo cuántico?

R. Por ejemplo, para los sistemas inerciales estamos utilizando lo que llaman átomos fríos, donde se congelan a cero absoluto de -273ºC. Cuando están muy fríos se convierten en una especia de ondas de luz y podemos manipular esas ondas para varias funciones, incluyendo acelerómetros o giróscopos

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P. Hablamos de promesas y proyectos. ¿Cuál es el horizonte para esta tecnología? ¿Cuándo estará disponible?

R. Una pregunta lógica, pero difícil de responder. Solo por comparar, los microprocesadores y los ordenadores personales que utilizamos hoy también son hijos de la primera revolución cuántica de los cincuenta. Utiliza el comportamiento colectivo de los electrones descrito por la cuántica, lo que dio lugar a los transistores en los cincuenta y luego a los circuitos integrados en los sesenta. Una evolución de 50 años hasta transformarse en teléfonos inteligentes. Entre medias, por supuesto, los ordenadores, que fueron de grandes y especializados hasta los familiares. Pero esto te da una idea y, aunque hay mucho entusiasmo y hay mucha inversión que quiere ver beneficios en pocos años; lo cierto es que estamos entrando en una fase que podría ser larga. Por supuesto que habrá innovación y aplicaciones a lo largo del camino. De hecho, ya hay productos comercialmente disponibles de esta segunda revolución cuántica.

P. ¿Cuáles?

R. Los relojes atómicos, que son elementos clave para el funcionamiento del GPS, porque la precisión del tiempo se traslada en precisión de ubicación. Y se hacen progresos sobre estos relojes atómicos todos los años. Ahora no son utilizados solo para la ubicación sino también para la sincronización, algo muy importante en materia de defensa donde tienes combates colaborativos en los que debes combinar diferentes equipos para que trabajen como un solo gran sistema.

P. ¿Y cuál podría ser el próximo?

R. Otros dispositivos cuánticos sí tardarán más tiempo. De los ejemplos que hemos comentado, diría que las antenas están muy avanzadas. Estamos trabajando en las especificaciones del producto, comenzando la integración y esperamos tener algunos prototipos de campo para probar en dos o tres años. Para el sistema inercial hemos puesto unos objetivos muy altos porque queremos un diseño muy compacto, así que hay varios desafíos tecnológicos a resolver y podría llevarnos hasta finales de esta década, incluso más. Las comunicaciones cuánticas punto a punto ya funcionan y están disponibles; pero para la red paneuropea que quiere la Comisión estaría lista a finales de la década. Pero claro, nada de esto se ha hecho antes.

P. ¿Y cuál es el gran hito pendiente?

R. El gran debate es cuándo lograremos demostrar de forma contundente la supremacía de la computación cuántica, lo que significa tener un caso de uso y una máquina que es capaz de demostrar de forma repetida que supera por órdenes de magnitud todo lo que actualmente pueden hacer los superordenadores tradicionales. Todavía no lo hemos logrado y solo se ha conseguido en prototipos. Hay un problema para escalar la tecnología. Las unidades de procesamiento de los ordenadores cuánticos se llaman qbits, que se corresponden con una partícula, y tienden ser ruidosos e inestables. Así que el objetivo es lograr que tengan una duración más prolongada y con una tasa de error cercana a cero. Hay investigadores en EEUU, Europa y otros países intentando lograr eso de diferentes maneras, pero todavía no hay una solución óptima. Ninguno todavía puede asegurar de forma honesta que han logrado la supremacía cuántica. Ha habido avances recientes sobre cómo estabilizar y escalar los qbits y, si se comprueba que es cierto, podría haber buenas noticias en unos tres años.

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P. ¿Cree que Europa va con desventaja ante EEUU en tecnología cuántica?

R. Creo que el área que la gente ve más en los medios, de lo que más se escribe, es de la promesa de la computación cuántica. Esta área está densamente poblada por gigantes estadounidenses pero, cada vez más y de forma muy elegante, de startups europeas. Creo que en esta área particular, la competencia es entre actores más pequeños europeos y los peces grandes en EEUU, lo que no significa que los pequeños no tengan oportunidad de brillar cuando llegue el momento, ya que hay varias de ellas que son verdaderamente excelentes. Y el motivo por el que esto es relevante es porque, hasta la fecha, la tecnología ganadora para la computación cuántica no está todavía completamente definida. Hay varias posibilidades abiertas y hay mucha exploración en marcha en diferentes direcciones. Europa está bien posicionada. Habrá que esperar a ver dónde emerge la solución cuántica correcta. Estamos entrando en una segunda fase, que es la de escalar, y ahí a lo mejor es otra historia. Pero por el momento estamos al principio de la historia y diría que no estamos retrasados [tecnológicamente]. A nivel de prototipos, que es estado de desarrollo actual, estamos todos muy cerca.

P. ¿Y China?

R. De lo poco que se ha hecho público, a China le está yendo muy bien. También estará con EEUU y Europa entre los grandes actores del sector. Es un país con una gran tradición en física cuántica y han identificado la importancia estratégica de las tecnologías cuánticas, tanto en economía como en defensa. Son líderes en patentes cuánticas. Pero es muy difícil hacer comparativas aquí. Ni siquiera los presupuestos de inversión son un buen indicador de progreso, aunque sí de que están muy activos en el campo. Pero si esto se materializará en avances sobre otros países, no llegaría a esa conclusión tan rápido.