Marko Erman: “Nuestro mensaje cuántico viaja en una burbuja. Si lo interceptan, al mirarlo se destruye”

"Lo primero, trataré de desmitificar lo que es la ciencia cuántica. A efectos de vocabulario, quisiera distinguir entre la física cuántica, la tecnología y, finalmente, las aplicaciones".

Marko Erman, jefe científico de Thales, empieza por ofrecer una breve lección magistral, antes de abordar el anuncio de tres "tecnologías cuánticas" de su compañía para desarrollar sensores, sistemas de comunicaciones y antenas.

Y tal vez, con la generosa introducción, Erman consigue ahorrarse la posible bochornosa pregunta de si, por fin, el gato de Schrödinger sigue vivo o está muerto.

Las tecnologías recién anunciadas han sido desarrolladas en los laboratorios de Thales en Francia, dentro del ecosistema de investigación de la Universidad Paris-Saclay y formando parte del proyecto EuroQCI (Quantum Computing Internet for Europe), cuyo objetivo es establecer una red de máxima seguridad para el intercambio de datos confidenciales en la UE.

En esa parte juegan su papel los desarrollos específicos en materia de comunicaciones, con metodologías de cifrado alternativo, que utilizan algoritmos matemáticos diferentes de los actuales sistemas criptográficos. Estos están basados en RSA con claves públicas, los nuevos plantean otro tipo de cuestionamiento matemático. Thales declara que invierte mil millones al año en I+D autofinanciada.

Erman explica a D+I que la física cuántica, como ciencia, se ocupa de "las partículas, los átomos, fotones, electrones… Ha cumplido casi 100 años y en los años 30 mereció premios Nobel. Einstein y muchos otros descubrieron en ese mundo microscópico asombrosas propiedades que van más allá de la intuición y son muy sorprendentes, es como otro mundo".

Compara lo que cualquiera percibe por experiencia propia, los efectos físicos de la gravedad, la presión o la temperatura, con los invisibles comportamientos de miles de millones de átomos constreñidos en el espacio de una mota de polvo. Apenas se han podido empezar a comprobar experimentalmente a finales del siglo pasado, "50 o 60 años después del descubrimiento de esta física".

"La tecnología está estableciendo un puente que une ambos universos, el de los átomos y fotones microscópicos con nuestro mundo. Ahora somos capaces de obtener mediciones de voltaje e intensidad de la luz, que pueden darnos algo nuevo", prosigue Erman, acercándose ya al punto de las disruptivas técnicas anunciadas.

Conviviendo con lo cuántico

"Es más que una revolución tecnológica. La física cuántica ya está en la vida cotidiana, haciendo cosas que se basan en una propiedad que es la que le da nombre: la cuantificación del nivel de energía, que a nivel atómico puede ser muy discreto. Eso da origen a dos tecnologías muy conocidas", detalla.

Una es la de "los relojes atómicos, ya que los átomos pasan por varios niveles de energía definidos con mucha precisión, dando una medición del tiempo que ninguna otra tecnología puede igualar". En ello se basa el GPS, que triangula su posición con la señal de tiempo de tres satélites. "Por supuesto, cuando compras un GPS nadie te dice que es cuántico".

La otra tecnología de referencia es el láser, cuyo funcionamiento, en gran medida, "no puede ser explicado por la física clásica, porque tiene que ver con la distribución de energía entre el gas y el estado sólido".

El láser, es también algo cotidiano en cosas como los códigos de barras, los lectores de CD o los discos BlueRay, que contienen gran cantidad de pequeños puntos de información condensados, y la fibra óptica, que soporta las conexiones de internet.

Las propiedades de la física cuántica

El preámbulo se hace largo, pero necesario para el siguiente paso: "La física cuántica es más que medir los niveles de energía. Hay otro fenómeno muy extraño. Una partícula cuántica puede ser dos cosas a la vez. Luz roja y azul al mismo tiempo. Cuando la miras al microscopio puede ser cualquiera de las dos, impredeciblemente".

Otra rareza: "Al mismo tiempo puede ser una partícula, como una bolita, y una onda, como en la superficie del océano. Depende de bajo qué condiciones la miras y el tipo de experimento que estás haciendo. Eso se llama dualidad. Además, las partículas tienen una posibilidad 'mayor que cero' de atravesar una pared".

Y una tercera propiedad cuántica (es la última, palabra): el entrelazamiento. "Dos partículas, que pasan por una cierta experiencia empiezan a comportarse como si fueran una sola. Si una de ellas es azul, la entrelazada también es azul. Sin comunicarse el color, sin velocidades de transmisión y aunque estén a un millón de años luz. La información en ambas permanece igual. Esto va más allá de la imaginación…", indica Erman.

"Intentamos ver lo raros que son estos efectos microscópicos y si somos capaces de utilizarlos para algo macroscópico, algo que tenga efecto en nuestro mundo y qué cosas pueden ocurrir en nuestros dispositivos… Ese es el punto en el que nos encontramos en las tecnologías cuánticas y su aplicación", concluye la parte divulgativa.

Llevarlo a la práctica digital

"Hoy hablamos de sensores, comunicación entre ordenadores y probablemente otras cosas que vendrán", dice Erman. "La tecnología cuántica permite que algunos de los dispositivos que ya utilizamos sean más potentes, más pequeños y con mejor rendimiento de velocidad. Es un cambio de dimensiones".

Los ordenadores normales trabajan con bits cuyo valor puede ser cero o uno. Los ordenadores cuánticos utilizan qubits. En un qubit pueden darse ambos estados a la vez, 0 y 1. La combinación de qubits hace crecer los posibles resultados de manera exponencial. Dos elevado al número de cubits disponibles.

Erman recuerda como ejemplo la historia del hombre que enseñó el ajedrez por primera vez a un rey en la India. Como recompensa le pidió un grano de trigo por la primera casilla del tablero, dos en la siguiente, cuatro en la siguiente y así, sucesivamente. Siempre, en cada casilla, el doble de la anterior.

El resultado le pareció al rey un premio ridículo a primera vista. Pero, al cabo de 64 casillas, el resultado de la suma son más de 18,4 trillones. No había cosecha de trigo en todo el planeta para satisfacer la petición.

Por ahora, cuando se habla desarrollos informáticos cuánticos, en realidad se trabaja con emulaciones de computación cuántica en ordenadores actuales. Los desarrollos de Thales se adelantan a su tiempo porque, dice Erman, "la nueva encriptación [digital], o la que se desarrolle en un año o dos no resistirá al ordenador cuántico cuando llegue".

Entonces, cuando habla de 'comunicaciones' cuánticas, ¿no se refiere a utilizar las cuasi mágicas propiedades de entrelazamiento de las partículas…?, preguntamos con ingenuidad. "No, no...".

Con el cifrado cuántico, "los mensajes pueden transmitirse a la velocidad de la luz, a través de la fibra óptica. Viajan como si estuvieran contenidos en una burbuja", aclara. Aunque un mensaje sea interceptado, "no se puede mirar su contenido, porque al hacerlo cambia. Se destruye".

Antena cuántica

Otra parte de las nuevas comunicaciones es la antena cuántica anunciada.

Es un dispositivo que cabe en la palma de la mano, capaz de incrementar los anchos de banda y radiofrecuencias que puede captar, y con muchísima mayor sensibilidad, respecto a una antena tradicional. Formalmente son denominados dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID).

Erman le cede la palabra al español Juan Trastoy para detallar cómo un material superconductor, embutido en una piececita del tamaño de la falange distal del dedo índice, puede cumplir la misma tarea que una antena de varios metros de altura, del tipo "árboles de Navidad", con múltiples brazos.

Juan Trastoy, investigador español en Thales

Trastoy la compara incluso con las antenas que suelen desplegar los submarinos al navegar sumergidos: un cable que puede extenderse entre 300 y 600 metros, para poder captar las señales de radio.

"Nuestra antena está hecha con nanotecnología y trabaja a una temperatura de 200 grados bajo cero. Al enfriarse así los átomos circulan libremente por el superconductor", explica.

Esa temperatura la consigue Thales con un dispositivo el volumen de apenas un litro, con criostatos, perfectamente protegido por una capa aislante. "Puedes estar al lado sin problemas, a temperatura normal", asegura Trastoy, que define el sistema como "una antena cuántica, porque funciona con un fenómeno cuántico". Aunque admite que faltan "unos diez años para su uso en aplicaciones".

A los sensores, otra vez por boca de Erman, se les ve "un futuro inmediato, en los próximos cinco años".

Subraya que, al igual que los seres humanos tenemos "más de cinco sentidos", cifra convencionalmente asumida, los nuevos sensores cuánticos de estado sólido pueden ser desde muy simples, para medir temperaturas, hasta muy complejos.

Por ejemplo, utilizando los centros de color de vacantes de nitrógeno (NV) en diamantes, se pueden de medir campos magnéticos muy sutiles. Podrán tener aplicación como biosensores, para captar imágenes por resonancia magnética o, en usos industriales, para detectar defectos en piezas metálicas. "Podemos mejorar los sensores actuales en un factor de uno a 100. Tal vez más", dice Erman.

También desarrolla acelerómetros y se plantea usar iones de tierras raras para procesar señales ópticas y de radiofrecuencia. Y aplicar tecnología de átomos fríos para futuros sistemas de navegación inercial.

"Podría obtenerse una eficacia similar al GPS, pero sin depender de satélites. Con GPS, un avión que viaja de París a San Francisco llega con una precisión de unos pocos kilómetros. Con los avances en la investigación cuántica, podría aterrizar en la pista sin utilizar el GPS para nada".

"Estos sensores tienen posibilidades sin límites”, afirma. “Son potencialmente disruptivos en manufactura, movilidad, defensa, energía y sanidad. Instalados en satélites pueden revolucionar algunos servicios de observación de la Tierra y otras áreas medioambientales".

Siendo un asunto en el que Francia maneja sus propios tiempos y directrices, queda la cuestión de si tienen contactos y colaboración con algunos otros laboratorios del mundo, donde se trabaja para crear los primeros ordenadores cuánticos de verdad.

Por ejemplo, así ocurre en el IBM Lab de Zurich, uno de los más avanzados en la materia. Sin embargo, Erman reconoce que no se plantean colaboraciones de este tipo. Es una tecnología con muy amplias implicaciones de seguridad y defensa. Demasiado pronto para compartirla.