Por eso, para los científicos resulta clave aprender cada día más sobre la luz y su comportamiento, sobre todo a nivel subatómico.

Lo que a simple vista parece un rayo de luz, a escala nanométrica revela un particular comportamiento de los fotones, que es como se les llama a las partículas de luz.

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Así, con la ayuda de poderosos microscopios, los físicos especializados en óptica han notado que la luz es capaz de formar vórtices y remolinos que atrapan y transportan información.

Incluso pueden formar figuras que parecen un “sacacorcho”, como le explica a BBC Mundo Kobus Kuipers, director del Departamento de Nanociencias Cuánticas en la Universidad de Tecnología de Delft, en Países Bajos.

¿En qué consisten estos remolinos y cómo pueden ser útiles para el futuro de la tecnología?

Remolinos y sacacorchos

La luz viaja por el espacio como una onda electromagnética que interactúa con la materia con la que se cruza en el camino, y tambíén con otras ondas de luz.

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Una forma de interacción por ejemplo, es cuando la luz de una lámpara ilumina una mesa.

A nivel microscopio ocurre lo mismo, un haz de luz interactúa con las nanoparticulas con las que se topa.

Cuando esas interacciones ocurren, la luz puede girar alrededor de un punto, formando espirales que en algunos casos pueden parecer remolinos o sacacorchos.

En un reciente experimento, Kuipers y sus colegas notaron que en algunos lugares, la luz también forma círculos perfectos, llamados “puntos C”.

¿Y para qué sirve saber esto?

Para investigadores como Kuipers, la meta es tener un mayor contro de la luz como un medio transmisor de información.

La luz, a diferencia de dispositivos electrónicos que hoy se utilizan, puede transmitir datos de maner más eficiente, limpia, con menor pérdida de información y sin desperdiciar energía.

La computación cuántica, que ya mostrado su potencial de crear máquinas mucho más poderosas que las que actualmente usamos, se basa en el control preciso de la luz como una de las maneras más eficaces de transportar y procesar datos.

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Según explica Kuipers, los remolinos y sacacorchos de luz “permiten transportar información a nivel cuántico de manera más eficiente“.

Otras investigaciones han también han mostrado que los torbellinos de luz tienen la capacidad de aumentar cientos de veces el volumen de información transmitida.

En 2017, por ejemplo, un experimento de la Universidad de Córdoba, en España, logró crear un tipo de vórtice de luz que ofrece utilizades en áreas como la micromecanización, el ‘atrapamiento’ de átomos, o la iluminación de nanopartículas, según reportó en su momento el Servicio de Información y Noticias Científicas de España.

Esos desarrollos pueden ofrecer avances en áreas como la computación o la medicina.

Atrapar partículas y datos en sacacorchos de luz puede servir para transportarlos sin pérdida de información, explica Kuipers.

Para el investigador, la gran meta es llegar a dominar la luz de la misma manera en la que hoy dominamos la electricidad.

“(Queremos) mantener la luz como luz y ahorrarnos el paso de convertirla en electricidad”, dice Kuipers.

El experto reconoce que faltan aún unos 15 o 20 años para que sus estudios sobre los remolinos de luz tengan una aplicación en la vida cotidiana, pero asegura que dominarlos nos permitiría tener un internet más eficiente, mejorar el rendimiento de las celdas solares y mejorar los diagnósticos médicos basados en la óptica.

Redacción

BBC News Mundo

El Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Estados Unidos publicó en septiembre pasado una nueva estrategia para el desarrollo de la Ciencia de la Información Cuántica (CIC).

El informe, de 15 páginas, recomienda los objetivos que el gobierno de Donald Trump debe perseguir para desarrollar y fortalecer sus capacidades en la CIC.

Y para discutir las estrategias presentadas se invitó a la Casa Blanca a académicos, funcionarios del gobierno y representantes de las grandes compañías tecnológicas y financieras del país, incluidas Alphabet, IBM, JP Morgan Chase, Lockheed Martin, Honeywell y Northrop Grumman.

Además se anunció también una inversión de US$249 millones para llevar a cabo 118 proyectos vinculados a este campo de la ciencia.

Del otro lado del mundo,  en China, también está ocurriendo algo similar.

El gobierno de Pekín está construyendo un nuevo Laboratorio Nacional de Ciencias de Información Cuántica en Hefei, en la provincia de Anhui, con un costo de US$10.000 millones, que esperan inaugurar en 2020.

Esto después del lanzamiento, hace dos años, de lo que fue descrito como el primer satélite de comunicaciones cuántico.

Y del anuncio, el año pasado, de la creación de una red “inhackeable” de comunicaciones en Jinan a la que sólo tendrán acceso 200 usuarios: militares y funcionarios gubernamentales y privados.

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El hecho de que los dos gigantes económicos del mundo estén compitiendo en el desarrollo de las CIC, demuestra la importancia de este campo que, se dice, es tan poderoso que transformará al mundo.

Qué es la CIC

Lo que prometen las tecnologías cuánticas es una revolución en la forma como se procesa la información, como le explica a BBC Mundo, Alejandro Pozas-Kerstjens, investigador del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona y del Grupo de Teoría de la Información Cuántica.

“Toda la información se codifica en un sistema binario -en ceros y unos-, pero cerca de los años 60 se descubrió que el lugar donde se guarda esa información puede marcar diferencias en lo que se puede hacer con ella”, explica.

“Es decir, yo puedo grabar una información clásica en un chip de ordenador -como lo hacemos ahora- pero también podemos guardar esos ceros y unos en otros sistemas más pequeños, por ejemplo en átomos únicos o en pequeñas moléculas“.

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“El comportamiento de esos átomos y esas moléculas, por ser tan pequeños, viene dictado por otras reglas. Y esas reglas que dictan el comportamiento de átomos y moléculas son las reglas del mundo cuántico, de la teoría cuántica”, afirma el científico.

De esta forma, lo que intenta la ciencia de la información cuántica es utilizar esas nuevas propiedades cuánticas que aparecen en los sistemas muy pequeños para mejorar las tareas de procesamiento y transmisión de la información, entre otros.

Lo que prometen las CIC es una revolución en la forma como procesamos la información, lo cual abre nuevas posibilidades para miles de aplicaciones en campos que van desde avances en la salud y la ciencia, producción de fármacos y producción industrial hasta nuevos sistemas de defensa.

La tecnología cuántica, dicen los expertos, “podría cambiarlo todo”.

Es por eso que las naciones más poderosas del mundo están compitiendo por tomar la delantera en la CIC.

Satélite cuántico

A juzgar por los avances presentados hasta ahora en el campo de la tecnología cuántica, se podría decir que China está en la delantera.

En 2016 Pekín anunció que había lanzado el primer satélite de comunicaciones cuántico y un año después declaró que había podido utilizar ese satélite para establecer comunicaciones encriptadas imposibles de descifrar por ojos ajenos.

“Fueron dos experimentos. El primero consiguió una comunicación cuántica con el satélite desde tierra y luego, aprovechando ese satélite, se realizaron comunicaciones entre dos puntos en tierra con una señal encriptada cuánticamente en la que el satélite hizo como repetidor entre esos dos puntos en tierra”, explica Alejandro Pozas.

Esta capacidad, de poder saber si una información ha sido interceptada o ha llegado bien a su destino, no se puede obtener con las tecnologías clásicas ni los métodos de transferencia de información que usamos actualmente.

Y aunque los experimentos chinos fueron pruebas de concepto, ese país logró demostrar que es posible hacerlo.

“Es cierto que se probó que se pueden hacer, pero de momento no se ha llegado al nivel de la viabilidad para una aplicación masiva industrial”, agrega el investigador.

Computadora cuántica, el “santo grial”

Tampoco se ha podido llegar a esa viabilidad en el campo de las computadoras cuánticas.

Varias compañías en diversas naciones están intentando desarrollarlas y aunque se han creado a nivel experimental aún no ha sido posible comercializarlas.

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“En efecto, la computadora cuántica es el santo grial”, afirma el investigador del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona.

“Es hacia donde directa o indirectamente se mueven todos los esfuerzos en el campo de la CIC”, agrega.

La computación clásica, que trabaja en bits, opera la información sólo en dos estados, en cero o uno (encendido o apagado).

La computación cuántica, en cambio, trabaja también con la superposición de ambos estados y utiliza el movimiento de partículas subatómicas para procesar datos en cantidades imposibles de manejar por la computación clásica.

Aunque actualmente la tecnología está en su mayoría a nivel teórico se espera que algún día se logren cálculos que, dicen los expertos, harán ver a las computadoras clásicas como hoy en día vemos al ábaco.

En Estados Unidos, empresas como IBM, Google y Microsoft están desarrollando sus propias computadoras cuánticas.

Y lo mismo está ocurriendo en China, donde están participando empresas privadas -como Alibaba y Baidu- en la creación de ordenadores cuánticos.

Pero estas computadoras no son fáciles de construir: el principal problema es el número de bits cuánticos (qubits) que puede alcanzar un solo ordenador.

Se dice que Google va a la delantera con el desarrollo de un procesador con una potencia de 72 qubits.

Y además, está el problema del mantenimiento. Estas computadoras necesitan mantenerse a temperaturas de frío extremo para poder operar.

Desarrollar ordenadores cuánticos que puedan trabajar a temperatura ambiente es actualmente un área de investigación en la que las naciones están centrando sus esfuerzos.

Revolución

Pero ¿cómo va a revolucionar el futuro la tecnología cuántica?

Tal como explica Alejandro Pozas-Kerstjens, lo que podemos esperar es “una revolución como la que causó la aparición de los primeros computadores”.

“Desde permitirnos hacer cosas que ahora mismo nos cuentan muchísimo, como la fabricación o el prototipado de medicamentos, o la optimización de rutas de tráfico para intentar gastar menos combustibles”.

“Ese tipo de cosas van a ser problemas resolubles con un ordenador cuántico”.

Pero quizás el mayor interés de los gobiernos es utilizar estas tecnologías cuánticas en el ámbito de la defensa, desde poder llevar a cabo comunicaciones más seguras hasta la detección de aeronaves intrusas.

Y ¿quién se puede decir que está ganando esta carrera cuántica?

Tal como asegura Pozas-Kerstjens, esta es una carrera “de muchas cabezas”.

“Quizás podemos decir que en la computación cuántica quizás está a la cabeza Estados Unidos, pero en el campo de comunicaciones cuánticas al parecer quien gana es China”.

“Hay muchas facetas en el campo de la tecnología cuántica y muchos países están intentando avanzar o tomar la delantera en alguna de estas facetas”.