hay varios españoles trabajando en ellas

El ordenador cuántico es humo, pero estas otras increíbles tecnologías ya son reales

Toda la vida esperando un ordenador cuántico que mejore al actual cuando la tecnología de átomos ultrafríos (también cuánticos) ya comercializa sensores o relojes atómicos

Foto: Un chip superconductor de 17 Qubits presentado en 2017 (Intel)
Un chip superconductor de 17 Qubits presentado en 2017 (Intel)

El ordenador cuántico, ese ingenio que cambiará los pegajosos bits por los fugaces Qubits, marca la próxima frontera de la informática. Esta invención es la mejor respuesta que hemos obtenido hasta el momento al problema de qué haremos cuando los microchips no puedan —por motivos tanto físicos y computacionales— hacerse más pequeños. Sin embargo, cuanto más tratamos de acercanos a esa frontera más se aleja la línea de nosotros.

Hay dos problemas principales con el ordenador cuántico: la decoherencia cuántica —cuando el sistema deja de repente de tener características cuánticas y vuelve a ser un ordenador clásico— y obviamente, la escalabilidad: aunque logremos hacer progresos en el laboratorio, el salto desde ahí hasta un ordenador de uso cotidiano es un abismo inabarcable a día de hoy.

La Unión Europea lanzó hace dos años un programa para estimular la investigación en tecnologías cuánticas, con la hoja de ruta de tener, para 2026, "algoritmos cuánticos que superen en velocidad a los ordenadores clásicos". Sin embargo, incluso el francés Serge Haroche, quien ganó el Nobel de Física por sus trabajos en este área, considera que "estamos muy lejos de ordenadores cuánticos a gran escala y tolerantes a los fallos".

Pero tranquilos, afortunadamente los árboles del ordenador ultrarrápido no nos han permitido ver el verdadero bosque de la tecnología cuántica, donde muchos sistemas hoy en día han potenciado sus virtudes empleando las teorías que perturbaron incluso a sus principales impulsores: Einstein o Schrödinger.

El ordenador cuántico D-Wave 2X, uno de los intentos más avanzados (Stephen Lam / Reuters)
El ordenador cuántico D-Wave 2X, uno de los intentos más avanzados (Stephen Lam / Reuters)

"Uno de los problemas más interesantes en la física teórica de hoy es el de 'supremacía cuántica' o 'ventaja cuántica', es decir, ¿qué problema podemos construir para que un ordenador cuántico supere a su homólogo clásico?", explica a Teknautas Hèctor Mas, un investigador español que trabaja actualmente en Creta dentro de un proyecto de tecnologías cuánticas que ya da está dando frutos.

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Cuando se enfría, utilizando un láser, una nube de gas hasta temperaturas cercanas a los -273ºC, el llamado cero absoluto, la materia resultante empieza a comportarse de una forma peculiar, o dicho de otro modo, adquiere propiedades cuánticas. A esto lo conocemos como Condensado de Bosé-Einstein, y es la clave para todas las tecnologías basadas en átomos ultrafríos.

De todas las aplicaciones que potencialmente tendría una nube de gas ultrafrío, la que más está triunfando es la metrología, es decir, la ciencia de la medición. Gracias a estas tecnologías cuánticas se están fabricando sensores y dispositivos capaces de medir con una precisión nunca vista desde variaciones electromagnéticas hasta el tiempo, con el reloj atómico más preciso jamás creado, o la más impresionante: poder medir la gravedad.

Gradiómetros gravimétricos

En general, un gradiómetro sirve para medir la cantidad de cambio y puede aplicarse a temperatura, presión o, en este caso concreto, a las capas del suelo para tratar de encontrar cambios de densidad bajo la superficie que delaten yacimientos de gas o petróleo. También para estudiar qué hay bajo la superficie de otros cuerpos celestes como la Luna de Encélado, uno de los lugares más propicios del Sistema Solar para encontrar vida.

Mas explica que "ya hay varios experimentos" para crear interferómetros basados en tecnología cuántica. "Generalmente se enfría una nube hasta el Condensado de Bose Einstein o bien hasta temperaturas muy bajas, del orden del PicoKelvin", es decir, -273,15ºC, apenas unas décimas por encima del cero absoluto. "Posteriormente esta nube se deja en caída libre, se divide en dos componentes que se recombinan después de un cierto tiempo y esto resulta en un equivalente del interferómetro de Mach Zehnder, en el que la diferencia de fase que se mide es la correspondiente a de las ondas de materia", añade el físico.

Dicho de una forma más llana, es capaz de medir diferencias en la materia que de otro modo serían absolutamente imperceptibles. Esta aplicación también se está empleando en otro tipo de dispositivos como los giroscopios.

Magnetómetros

Para medir la fuerza o la dirección de los campos magnéticos, "alguno de los mejores magnetómetros ahora mismo están basados en nubes de átomos enfriadas", explica el investigador español desde Creta. "Hay experimentos proyectados y en marcha con magnetómetros atómicos para testar hipótesis como la de los axiones".

Los axiones son partículas subatómicas cuya existencia no ha sido aún demostrada. De lograrse, se avanzaría mucho en la resolución del problema de la materia oscura.

Relojes atómicos

Probablemente es la aplicación cuántica más popular ahora mismo, algo que Mas define como "el paradigma de sensor cuántico".

La tendencia comenzó ya hace unos años, cuando los científicos del NIST estadounidense crearon un reloj cuántico con iones enfriados con láser confinados en una trampa electromagnética. Estos relojes atómicos, basados en aluminio o mercurio, resultan ser 100.000 veces más precisos que un reloj basado en ondas electromagnéticas, es decir, electrónico.

La clave es que un reloj cuántico no se ve afectado ni por la temperatura ni por los campos eléctricos o magnéticos. Harían falta 1.000 millones de años funcionando para que el reloj se desviara un segundo.

Medición de la Gran G

La constante gravitacional universal (también conocida como la Gran G, a diferencia de la g minúscula que representa a la gravedad terrestre) es básica tanto para las teorías de Newton como para las de Einstein.

Desde aquel experimento de Henry Cavendish en 1798, los humanos llevamos tratando de medirla lo mejor que podemos, pero hacerlo con precisión es extremadamente difícil. "Llevamos 300 años intentando medirla con balanzas de torsión y muelles", dice Mas, "hasta que hace poco los interferómetros atómicos empezaron a competir en esta liga".

Un gravímetro de la firma Muquans.
Un gravímetro de la firma Muquans.

Ya existen empresas, como la francesa Muquans, comercializando gravímetros o relojes atómicos basados en tecnología cuántica.

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