Tecnologías cuánticas, el poder de lo invisible
Cuando usted abre su celular, busca una dirección en el GPS, registra los pasos en su reloj inteligente y observa cómo un láser va leyendo los productos que compra en el supermercado, lo último que imagina es que está siendo testigo de una tecnología cuántica. Pero sí: esa palabra que parece sacada de un documental futurista está presente en su vida cotidiana.
“La ciencia cuántica explica cómo funciona el mundo a escala microscópica, a nivel de los electrones y de las partículas subatómicas. Es lo que sustenta el comportamiento de lo que nosotros vemos”, afirma Wilber Silva López, Ph.D. en Ciencias Químicas y miembro del Grupo de Investigación Óptica y Espectroscopía, adscrito a los pregrados y postgrados de ingeniería de la UPB.
La mecánica cuántica nació para comprender lo que ocurre en el mundo de lo más pequeño, pero no sólo se queda allí, también sirve para construir cosas útiles. “Lo más sonado ahora es la computación cuántica, pero también se aplica en sensores ultra precisos (lo que se conoce como metrología cuántica) y en nuevos tipos de detectores (sensórica cuántica)”, afirma Silva.
¿Qué es la computación cuántica?
Imagine una moneda girando en el aire: mientras gira, esta no es ni cara ni sello, sino ambas a la vez. Así funciona un cúbit, la unidad básica de información de la computación cuántica. Mientras que los computadores actuales usan bits (representados por ceros y unos que se consiguen por pulsos eléctricos), los computadores cuánticos usan cúbits, los cuales aprovechan que algunas partículas tienen la capacidad de estar en superposición, es decir, en varios estados simultáneamente.
“El cúbit puede ser una única partícula, un electrón, por ejemplo. Este utiliza una propiedad cuántica como el espin, un estado magnético que apunta a una dirección o a la dirección contraria (pensemos en apuntar arriba o apuntar abajo), para representar el cero y el uno”. Pero aquí acontece algo curioso: “El cúbit puede estar en superposición. Es decir, puede ser cero y uno a la vez mientras procesa información, y eso le permite explorar muchísimas posibilidades, todas en paralelo, masivamente” y, de esa manera, procesar enormes cantidades de datos, aclara el profesor Silva.
El fundamento de la era digital
Para entender cómo la mecánica cuántica se conecta con el día a día, hay que empezar por un pequeño pero poderoso componente: el transistor. Usted, estimado lector, imagínelo como un interruptor diminuto que puede encender o apagar el paso de electricidad, como si fuera una compuerta que controla una corriente.
Estos interruptores están presentes por millones dentro de su celular, su computador y su reloj inteligente. Son la base de todos los aparatos electrónicos modernos. Dicho de otra manera: para que un transistor funcione, se necesita controlar el comportamiento de los electrones.
“Un transistor es un arreglo electrónico muy pequeño, que puede estar compuesto por miles o millones de átomos”, explica Silva. Y justamente por eso, para entender cómo funciona, necesitamos la mecánica cuántica.
Sin ese conocimiento del mundo subatómico, no se podrían fabricar transistores ni construir chips. Y sin chips, no tendríamos tecnología digital. En otras palabras, sin la mecánica cuántica, tampoco existirían los computadores ni los celulares como los conocemos hoy.
Presente y futuro de esta tecnología
En un futuro cercano, cuenta el investigador, los computadores cuánticos podrían simular moléculas y contribuir al diseño de medicamentos de una manera rápida y eficaz. En el campo energético, permitirían crear nuevos materiales para baterías y optimizar el almacenamiento del hidrógeno. Con respecto a la seguridad informática, se revolucionaría el cifrado de datos con técnicas de encriptación cuántica. Y, en el ámbito de la salud, podrían detectarse enfermedades en etapas más tempranas gracias a sensores ultra precisos.
No obstante, el mayor reto no es técnico sino humano: hace falta talento capacitado. “El desafío principal es el conocimiento, formar a la gente, que entiendan cómo plantear los problemas a las máquinas”, insiste el docente.
Para lograrlo, se necesita de una base sólida en matemáticas y física. “Hay que sensibilizar a los jóvenes de que las matemáticas tienen aplicación. Sobre todo, el álgebra lineal es muy importante para esto, y aprender cómo funciona el mundo, motivarse, preguntarse cómo funcionan las cosas”, puntualiza Silva.
La UPB, con la mirada puesta en el mundo cuántico
En consonancia con la invitación de la UNESCO para conmemorar este 2025 como el Año Internacional de las Ciencias y Tecnologías Cuánticas, la Escuela de Ingenierías de la UPB celebró en junio un seminario sobre esta temática. Este espacio no solo reunió docentes expertos, sino que buscó hacer comprensibles estos temas a toda la comunidad.
Pero el compromiso de la Universidad va más allá. “Pretendemos diseñar cursos de tecnologías cuánticas que los pueda tomar cualquier persona”. Adicionalmente, agrega Silva, la UPB planea invertir en equipos de instrumentación óptica, para que el aprendizaje no se limite a la teoría y se extienda al ámbito experimental. “Eso lo estamos haciendo gracias al apoyo de la Escuela de Ingenierías y de la Vicerrectoría de Investigación”.
En definitiva, la UPB apuesta por promover el “conocimiento cuántico”, haciéndolo accesible no solo para expertos en temas de física, química o matemáticas, sino también para cualquier curioso que quiera comprender el futuro.
Lo invisible mueve lo visible. Y si la mecánica cuántica rige el mundo de las partículas, entonces rige buena parte de nuestro mundo moderno. “Tenemos que aprender a ver el mundo con el cerebro antes que con los ojos”, concluye Silva. Comprender lo cuántico es comprender el tejido mismo de la realidad.
Así que la próxima vez que use su teléfono para chatear por WhatsApp o realizar una videollamada, recuerde que parte de esa magia se la debemos a esa rama de la ciencia que, aunque parezca lejana, ya vive con nosotros.
Por: Federico Hoyos Gutiérrez. Equipo de Divulgación Científica y Comunicaciones. Agencia de Noticias UPB.
Imágenes 1 y 2: ilustraciones digitales creadas con DALL-E.
Imagen 3: tomada de Q is for Quantum. An Encyclopedia of particle physics, de John Gribbin.
