Juan José García Ripoll, líder del grupo de fundamentos e información cuántica en el CSIC

La Segunda Revolución Cuántica

Juan José García Ripoll es líder del grupo de fundamentos e información cuántica en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y coordina una propuesta de plataforma de tecnologías cuánticas en el CSIC.

Esta plataforma trata de agrupar a diversos centros españoles con el objetivo de consolidar un campo en el que España con pocos recursos puede encabezar líneas de investigación a nivel internacional, cosa que ya está haciendo en el campo particular de la teoría de la información cuántica. Hemos conversado con él sobre el papel estratégico general de esas tecnologías y sobre el momento político y de desarrollo en el que nos encontramos.

Eres el líder del grupo de fundamentos e información cuántica en el CSIC. ¿Podrías darnos una idea de en qué investigáis en vuestro grupo? ¿Qué es eso de la información cuántica?

La información cuántica es una teoría matemática que se dedica a estudiar cómo se puede procesar información (computación, simulación o comunicación) usando sistemas cuánticos. Típicamente son sistemas muy pequeños que vienen descritos mediante la física cuántica: átomos sueltos, que podemos atrapar en trampas o los fotones que componen la luz. Cuando disminuimos mucho la intensidad podemos tener fotones individuales y manipular el estado cuántico de esos fotones.

Lo que hemos visto en las últimas décadas es que fenómenos cuánticos aparecen de forma emergente en tamaños cada vez más grandes: puntos cuánticos en semiconductores y últimamente circuitos superconductores con los que se pueden construir ordenadores cuánticos. Nuestro grupo trabaja en esa teoría y luego en las implementaciones. Sistemas físicos concretos donde queremos hacer tareas de información cuántica: computar, comunicar, encriptar, desencriptar o simular sistemas cuánticos. Somos teóricos, así que diseñamos experimentos, vemos cómo se podrían hacer y luego estudiamos con otros grupos experimentales cómo funcionan en la práctica.

Además de dirigir este grupo, coordinas una plataforma de tecnologías cuánticas. ¿Podrías explicarnos qué líneas y qué diferentes centros de investigación del CSIC están ahí?

Hay un poco de todo. El objetivo de esta plataforma es agrupar a los grupos de investigación que ya hacen cosas relacionados con la tecnología cuántica en el CSIC por toda España. Teníamos ya inicialmente una red de excelencia y ahora queremos focalizarnos en centros del CSIC: desde el Centro de Física de Materiales del País Vasco, el Instituto de Microelectrónica de Madrid, el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón en Zaragoza, el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de Barcelona, otros en Mallorca y muchos otros centros en toda España.

Hoy en día prácticamente cualquier cosa que tenga que ver con electrónica utiliza diodos, semiconductores etc. que solo se pueden entender con la cuántica, pero la tecnología cuántica es otra cosa ¿no? ¿Podrías explicarnos la diferencia?

En nuestro campo se suele hablar de una primera revolución cuántica que es cuando se empezaron a manipular o crear sistemas cuyos estados y dinámica dependían de la cuántica para poder ser descrita y realizada en los laboratorios. Un ejemplo típico son los semiconductores que son materiales donde la cantidad de portadores de carga se pueden controlar con voltajes externos y se utilizan en los transistores que sirven para hacer computación, para hacer amplificadores, para hacer todo tipo de dispositivos como cámaras etc.

Esta primera revolución se inicia a principios del siglo pasado con el descubrimiento de la mecánica cuántica y a mediados del siglo ya se podían crear dispositivos en el laboratorio basados en la cuántica. La diferencia está en que aunque están basados en la mecánica cuántica estos dispositivos son clásicos, tienen un comportamiento clásico en la computación, en la amplificación.

China ha demostrado que la aplicación de las tecnologías cuánticas es inmediata

Nuestra idea es llegar a esa segunda revolución cuántica donde no solo los componentes sino los dispositivos en su conjunto son descritos por la mecánica cuántica, tienen estados cuánticos y donde se puede ver la superposición de un sistema en dos configuraciones distintas. Donde se puede crear entrelazamiento, es decir correlación entre dos partes de un sistema. En definitiva dispositivos que funcionan por fenómenos y propiedades esencialmente cuánticas.

Esta segunda revolución empieza a finales del siglo pasado donde se pueden enfriar cada vez más los átomos. Hay premios Nobel dedicados al enfriamiento de átomos que nos permiten tener condensados de Bose-Einstein y a partir de ahí átomos individuales, atrapar iones en trampas de iones o posteriormente crear circuitos cuánticos superconductores. Toda una serie de tecnologías que se crean a partir de los 90 y en particular del 2000 al 2010 con sistemas experimentales que nos permiten ya pensar en tecnologías que utilizan el entrelazamiento y la superposición para funcionar.

Todos los campos de la tecnología cuántica nacen y se desarrollan gracias a dinero europeo

Una de las cosas que me ha llamado la atención del informe que has hecho para explicar la propuesta de plataforma de tecnologías cuánticas es que mencionas que China en el campo de la comunicación y encriptación ha despuntado. Un país del Tercer Mundo se ha puesto a la cabeza hasta un nivel que EE.UU. ve como una amenaza porque se puede crear una brecha insalvable con ellos. ¿Podrías desarrollar eso?

Desde el momento en que se descubre que un ordenador cuántico puede factorizar números y por lo tanto podría desencriptar cualquier mensaje encriptado hoy en día, las tecnologías cuánticas se convierten en un campo de trabajo ideal para desarrollar aplicaciones militares y de seguridad. Eso estuvo siempre ahí.

Lo que ocurre es que a medida que empiezan a haber experimentos que demuestran que la computación cuántica es viable, determinados países empiezan a interesarse por ello. Empieza Europa, luego EE.UU. comienza a invertir mucho dinero público y privado a través de agencias de seguridad y a través de compañías.

China descubre que esto es interesante y decide invertir de manera masiva a través de compra pública, a través de la creación de redes de comunicación de ciudades enteras. Decide transformar sus redes de comunicación o al menos parte de sus redes, para que utilicen tecnologías cuánticas.

Esa inversión tan grande está muy desproporcionada en relación a EE.UU. y Europa y está creciendo mucho más que en el resto del mundo.

Por otra parte China ha demostrado que la aplicación de las tecnologías cuánticas es inmediata al establecer redes de criptografía en tierra entre sus principales ciudades y en el espacio con el satélite Micius. Este satélite Micius ha demostrado además la capacidad de establecer claves privadas con distintos puntos del planeta, sentando las bases para redes de comunicación cuántica a escala planetaria.

En el informe se plantea también que en los años 2014-2017 sí que hay una inversión considerable de EE.UU. y Canadá en tecnologías cuánticas y que se da la situación de que en Europa se investiga con fondos norteamericanos convirtiéndose en una especie de subcontrata de esos fondos norteamericanos. Si nos vamos a España somos como una sub-subcontrata de esos fondos. Una situación muy lamentable ¿no?

Sí. Es muy lamentable sobre todo porque estas tecnologías existen, porque Europa invirtió en ellas en un periodo en el que se consideraban ciencia básica sin visos de aplicación. O se veía como algo muy a largo plazo, como ciencia ficción prácticamente. Todos los campos como la criptografía cuántica, la computación cuántica, la simulación cuántica nacen y se desarrollan gracias a dinero europeo. Gracias a proyectos colaborativos, que ponen en común a grupos de todas partes: Italia, Alemania, Francia, España, Reino Unido… Esa inversión se mantuvo a un nivel muy alto durante bastante tiempo, pero justo cuando empezaron a aparecer las aplicaciones se estancó.

España tiene un liderazgo internacional en el ámbito teórico de la información cuántica

Luego Europa ha decido hacer un proyecto propio, pero la financiación está muy desproporcionada con la que hay en el resto del mundo. A lo mejor un proyecto de computación cuántica se va a llevar 10 millones de Euros, pero hay que tener en cuenta que si Google tiene por ejemplo un fondo base de 200 millones de Euros para el mismo proyecto, la desproporción es bastante aguda.

Luego también ocurre que España llega tarde a estas tecnologías. Había inicialmente pocos grupos y casi todos con entornos experimentales extranjeros. Ahora empieza a haber algo de inversión nacional, pero tenemos que ver cómo podemos contribuir y mejorar a nivel nacional.

Se ha creado una situación positiva con un ministerio de ciencia con Pedro Duque al frente ¿qué cosas se podrían hacer para mejorar la situación actual con respecto a las tecnologías cuánticas sin variar el presupuesto?

Hay diferentes cuestiones en las que se puede mejorar. España, como país que investiga, tiene áreas donde es más fuerte que otros. Tiene una tradición muy larga en fotónica y óptica y algunos grupos ya están haciendo tecnologías cuánticas en esa dirección. Ahí se podrían hacer muchas cosas sin demasiado esfuerzo y dinero, aprovechando el talento que ya tenemos y consolidando las líneas de investigación. También es muy fuerte la investigación en estado sólido, en bajas temperaturas y en circuitos superconductores. Ahí se podría dar el paso a la computación cuántica. España ahora mismo tiene un liderazgo internacional en el ámbito teórico de la información cuántica y hay investigadores muy buenos que habría que potenciar.

Desarrollar algoritmos es lo verdaderamente interesante

Hay muchos grupos dedicados a ese campo con matemáticos, físicos, informáticos que pueden y están trabajando en desarrollar algoritmos que en el fondo son los que interesan. Si hay cacharros, pero no hay aplicaciones, no va a haber utilidad de esas tecnologías cuánticas. En España se ha invertido poquito dinero, pero de manera muy eficiente. Ese esfuerzo teórico es algo que España puede liderar dentro de Europa sin demasiado presupuesto.

También hay un problema grave de burocratización ¿no? Cambios de leyes que han hecho que vuestra propuesta de plataforma tuviese que adecuarse constantemente.

Sí, en los últimos años hemos vivido una burocratización de la ciencia bastante severa que dificulta el trabajo de muchos grupos, incluso de los grupos pequeños como el mío. Dificulta la contratación de gente, la gestión de viajes, la organización de conferencias. De manera indirecta dificulta también la atracción de talento, porque si hay gente muy buena, que hace investigación, que podría venir a España con su propia financiación de por ejemplo fondos europeos, pueden verse disuadidos por el entorno de trabajo que hay.

Es importante que los científicos seamos responsables de lo que hacemos, pero tampoco es necesario que se pongan múltiples trabas para hacer las cosas. Hay que ser flexibles. También es importante no crear estructuras rígidas, sino facilitar la colaboración como por ejemplo con la plataforma que queremos crear en el CSIC. En el fondo es un instrumento de colaboración científica para potenciar el talento que hay en España que está muy disperso en diversos centros del CSIC. Considero que es una idea genial, una iniciativa singular. No ha tenido lugar nada parecido que yo sepa en el CSIC al menos durante los 10 años que llevo aquí y sería interesante que esa plataforma se materialice. Que se convierta en un instrumento útil para aumentar la visibilidad y la colaboración. También para facilitar la atracción de talento y sobre todo para consolidar un campo que en España no está muy consolidado, pero que va a ser protagonista de la investigación en los próximos años independientemente que tengamos ordenadores cuánticos o no, porque hay muchas otras aplicaciones.

3 comentarios sobre “La Segunda Revolución Cuántica”

  • PRODUCCIÓN DE LA CUÁNTICA dice:

    De hecho, la física cuántica muestra una vez extra que el conocimiento no puede pensarse en abstracto, sino que está determinado por el régimen del poder del que emana: el funcionamiento político del Imperio determinó la necesidad de producir tal conocimiento y determina sus desarrollos prácticos y, en espiral de co-desarrollo, sus prácticas discursivas (política fundadora de conocimiento y conocimiento traducido en relaciones de poder).

  • HOMBRE DETERMINADO dice:

    He aquí un buen documento: https://www.nodo50.org/gpm/aurora/00.htm
    El hombre, contra el subjetivismo, no es “la medida de todas las cosas”. Existen tantos tipos de ser humano, en general y como reificación, como Modos de Producción. Las comunidades animistas saben perfectamente que somos objetos animados por la causalidad, que para ellos es VIDA, Mana, y que la apariencia de producir lo real a partir de nuestra conciencia, voluntad o conocimiento individual son apariencias. La Física Cuántica es interesante si se la enmarca dentro de la revisión dialéctica del viejo materialismo mecanicista, pero la determinación social procede, no de la naturaleza ni de la fisiología ni de los átomos ni de la química ni de la interacción microcósmica cuántica: la determinación de los social procede de la forma misma de producir, reproducir y cambiar lo social, pues “el hombre es el Mundo del hombre” (Carlos Marx). “Ser radical es tomar las cosas por la raíz, pero para el hombre, LA RAÍZ ES EL HOMBRE MISMO” (Marx)

  • Una cosa, sin duda interesante, es la teoría cuántica, y sus demostraciones y aplicaciones, en el ámbito de la micro-escala material. Pero me parece abusivo extrapolar ese comportamiento, demostrado por otra parte, a las relaciones sociales, y todo para negar la determinación material, en última instancia, tanto sobre la consciencia de necesidad de cambio de sociedad, como sobre la posibilidad misma de emprender tal cambio.

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