¿Por qué celebrar el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas?

Este 2025 celebramos el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas (IYQ), proclamado por las Naciones Unidas a través de la UNESCO para conmemorar el centenario de los primeros desarrollos teóricos de la mecánica cuántica. Con esta iniciativa se busca aumentar la conciencia pública sobre la importancia de la ciencia cuántica y sus aplicaciones, destacándose su potencial para abordar desafíos globales en medicina, tecnología y seguridad.

Algunos de los sectores que el alto potencial de las tecnologías cuánticas puede revolucionar son:

• Computación: que utiliza qubits que, a diferencia de los bits clásicos, pueden representar simultáneamente 0 y 1 gracias al principio de superposición, permitiendo procesar información de manera exponencialmente más rápida, resolviendo problemas complejos en campos como la criptografía, la optimización y la simulación de sistemas moleculares para el desarrollo de nuevos medicamentos.
• Comunicaciones Seguras: ofreciendo canales de comunicación ultra seguros mediante el uso de entrelazamiento cuántico, garantizando que cualquier intento de interceptación sea detectable, lo que es crucial para la protección de información sensible.
• Sensores: que permiten mediciones de una precisión sin precedentes, con aplicaciones en navegación, exploración geológica y diagnóstico médico, mejorando la detección temprana de enfermedades y la monitorización de procesos biológicos.

¿Por qué celebrarlo?

Celebrar el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas (IYQ) en 2025 es esencial para reconocer y promover los avances significativos en este campo, que prometen revolucionar múltiples sectores y abordar desafíos globales, incluido la necesidad de desarrollo sostenible. Esta conmemoración coincide con el centenario de los primeros desarrollos teóricos de la mecánica cuántica, una disciplina que ha sentado las bases para innovaciones trascendentales.

Algunos de los hitos a destacar por ámbito son:

• Computación cuántica: donde podemos destacar hitos notables, como la creación en 2019 del Q System One de IBM, el  primer ordenador cuántico comercial, que marcó un avance significativo en la aplicación práctica de esta tecnología. Además, empresas como Google han afirmado alcanzar la «supremacía cuántica», realizando cálculos que serían inviables para los superordenadores tradicionales.
• Comunicación Cuántica: la conocida como distribución Cuántica de Claves (QKD) ha supuesto una importante mejora en rendimiento, permitiendo la creación de claves seguras entre partes que comparten un canal cuántico, lo que refuerza la seguridad de las comunicaciones. Como ejemplos concretos contamos con la primera transmisión bancaria segura con QKD entre el Banco de Austria y la sede de Siemens en Viena en el año 2004 o en 2008, cuando se completó el primer sistema de comunicación cuántica en red en Europa, el SECOQC (Secure Communication based on Quantum Cryptography).
• Sensórica Cuántica: la sensórica cuántica ha supuesto una verdadera revolución en la tecnología de detección, combinando principios de la mecánica cuántica con técnicas avanzadas para crear sistemas de detección extraordinariamente precisos y sensibles. Ejemplos de ello son el sensor cuántico basado en diamantes con defectos de nitrógeno-vacante, capaz de detectar campos magnéticos con precisión sin precedentes desarrollado por científicos del MIT en 2016.

Además, con esta iniciativa se pretende inspirar a la próxima generación de pioneros cuánticos y profundizar en la comprensión de su impacto en nuestro mundo, promoviendo soluciones innovadoras para los desafíos actuales y futuros.

Algunas áreas clave donde estas tecnologías pueden tener un impacto significativo son:

• Simulación de sistemas complejos: la computación cuántica permite la simulación precisa de sistemas moleculares y materiales, facilitando el diseño de nuevos materiales y medicamentos más eficientes. Esto es esencial para desarrollar soluciones sostenibles en sectores como la energía y la salud.
• Optimización de recursos: gracias a los algoritmos cuánticos se podrán resolver problemas de optimización con una eficiencia superior a la de los métodos clásicos. Esto es crucial para mejorar la gestión de recursos naturales, optimizar rutas de transporte o reducir el consumo energético industrial, entre otras.
• Detección y monitoreo ambiental: la sensibilidad sin precedentes ofrecida por los sensores cuánticos, permiten el monitoreo preciso de variables ambientales como la calidad del aire y del agua, contribuyendo a la protección del medioambiente y a la salud pública.
• Seguridad en las comunicaciones: los canales de transmisión de datos altamente seguros proporcionados por la comunicación cuántica son esenciales para proteger información crítica.
• Energía y eficiencia: las tecnologías cuánticas pueden conducir al desarrollo de sistemas energéticos más eficientes, incluyendo mejoras en la captura y almacenamiento de energía, así como en la creación de nuevas fuentes de energía limpia.
• Otros problemas: estas tecnologías podrán dar respuesta también a problemas hasta la fecha desconocidos. Un ejemplo sería cómo conocer la estructura de la materia oscura: La física cuántica podría ayudar a descubrir la naturaleza exacta de la materia oscura, que constituye la mayor parte del universo pero sigue siendo un misterio.

¿Qué desafíos presentan las tecnologías cuánticas?

Pese a que las tecnologías cuánticas ofrecen soluciones prometedoras, también han de hacer frente a desafíos que deben ser abordados para su implementación efectiva:

• Desarrollo tecnológico: el desarrollo de hardware cuántico estable, error-free y escalable aún enfrenta obstáculos significativos. Además, debemos tener en cuenta la complejidad que supone la adopción de tecnologías cuánticas en distintos niveles de madurez, en industrias variadas y con muy baja estandarización y coordinación en los distintos players.
• Consumo energético: las condiciones extremas, como temperaturas muy bajas que precisan muchas de las tecnologías cuánticas, implican un consumo energético considerable.
• Formación de talento: contar con profesionales capacitados en este campo emergente para impulsar su desarrollo y aplicación resulta esencial.
• Aplicabilidad en entornos de aplicación reales: existe gran incertidumbre asociada a la inexistencia de hardware e infraestructura muy especializada.
• Necesidad de colaboración público-privada: además se precisa tiempo y visión a largo plazo para poder la implementación de las tecnologías cuánticas y su posterior valoración, que en muchos casos podrá derivar en desilusión al comprobar que su aplicabilidad real no es la esperada.

Estado de la carrera por el liderazgo cuántico

La carrera por el dominio de las tecnologías cuánticas se ha intensificado en los últimos años, con países como Estados Unidos, Reino Unido, Canadá China y miembros de la Unión Europea invirtiendo significativamente en investigación y desarrollo. Este liderazgo no solo implica ventajas tecnológicas, sino también geopolíticas, ya que el dominio de la tecnología cuántica puede redefinir las dinámicas de poder a nivel global. En lo que a inversión pública respecta, cabe destacar los esfuerzos realizados por China.

Por lo tanto, la celebración del IYQ 2025 es una oportunidad para reconocer y promover el impacto transformador de las tecnologías cuánticas en nuestra sociedad, así como para reflexionar sobre la importancia de la colaboración internacional en este campo emergente.

Uso de las tecnologías cuánticas en ARQUIMEA

ARQUIMEA Research Center, el centro de investigación del grupo ARQUIMEA ubicado en Canarias, cuenta con un orbital dedicado a la investigación en el campo de la Cuántica. Desde ARQUIMEA Research Center se desarrollan desde sistemas de comunicación de gran ancho de banda para enlaces de comunicación intersatelitales, hasta arquitecturas de coprocesamiento empleando tecnología fotónica para acelerar las rutinas de la Inteligencia Artificial. Otro ejemplo de desarrollo en ARQUIMEA sería la inercial cuántica, permitiendo sistemas de guiado ultra precisos sin necesidad de GPS, ideal para misiones espaciales o defensa.

Además, todos los proyectos de ARQUIMEA Research Center pertenecen al proyecto QCIRCLE, cofinanciado por la Unión Europea y que tiene como objetivo la creación de un centro de excelencia científica en España.

“Financiado por la Unión Europea. No obstante, los puntos de vista y opiniones expresados son responsabilidad exclusiva del autor y no reflejan necesariamente los de la Unión Europea y ni la Unión Europea ni la autoridad que concede la subvención pueden considerarse responsables de los mismos.»