Más allá de la computación cuántica existen otras ramas que no solo tienen un gran potencial de desarrollo, sino que ya están empezando a dar estos resultados. España cuenta con un rico ecosistema de sensórica y comunicaciones cuánticas que conviene tener en el radar.
Cuando se habla de cuántica es fácil caer en el error de pensar que todo es computación. Quizás porque ha sido la rama que más titulares ha acaparado, con las consecuentes noticias sobre ordenadores y chips cuánticos de más y más cúbits, o porque se asimila tecnología con computación, hasta hace relativamente poco las noticias sobre comunicaciones y sensórica cuánticas eran escasas. De hecho, si se busca en Google Trends, el interés por estos términos es irrelevante en relación a la computación. Pero esto no quiere decir que se tratasen de campos sin explorar. Antes al contrario.
En España, estas dos ramas de la cuántica están contempladas en la Estrategia de Tecnologías Cuánticas del Gobierno con apartado propio. De las siete prioridades que establece la Estrategia, dos se centran en estas ramas. Una quiere “hacer de España un referente en comunicaciones cuánticas”, con iniciativas como el desarrollo de misiones satelitales para la distribución cuántica de claves. Otra se propone “demostrar el impacto de la sensórica y la metrología cuánticas”, que se plantea, entre otras, desarrollar casos de uso para sectores estratégicos. Las previsiones que recoge el documento apuntan a que el sector de comunicación cuántica podría alcanzar un tamaño de mercado de hasta 36.000 millones de dólares en 2040, mientras que la sensórica podría llegar a los 6.000 millones de dólares.
Asegurando las comunicaciones
Cuando se trata de comunicaciones cuánticas, el principal problema que se aborda es la seguridad y, especialmente, la confidencialidad. Lo explica Marcos Curty, director científico del Vigo Quantum Communication Center, laboratorio inscrito al centro de investigación AtlanTTic de la Universidade de Vigo —donde es también catedrático en el departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones—. “Las técnicas clásicas de criptografía basan su seguridad en la dificultad de resolver ciertos problemas matemáticos”, esencialmente el problema de la factorización. “Hasta ahora han funcionado muy bien”, señala, “pero si uno tuviera un ordenador cuántico con suficiente capacidad, podría romper todas las comunicaciones, todos los sistemas criptográficos que utilizamos actualmente. Entonces nuestras comunicaciones pasarían a ser inseguras”.
Aunque falta aún para desarrollar un equipo de estas características, es necesario anticiparse por dos razones, explica. Primero, porque adaptar la infraestructura de comunicaciones a un sistema robusto es un proceso que lleva años. Además, cuando se trata de informaciones altamente sensibles, que pueden requerir mantenerse en secreto durante un periodo largo de tiempo —en España, un nuevo proyecto de ley cifra ese plazo en 45 años mínimo—, aparece un nuevo desafío. Aunque en el momento de producirse la comunicación no se tenga la tecnología para romper los métodos tradicionales de seguridad, podrían grabarse y vulnerarlas más adelante, cuando se cuente con los equipos para ello.
Frente a esto, Curty identifica dos soluciones complementarias: la de la criptografía postcuántica, que pasa por métodos similares a los actuales, pero basados en problemas matemáticos más complejos; o las comunicaciones cuánticas, que utilizan efectos de mecánica cuántica para encriptar la información. “En este último caso sí podemos demostrar que somos robustos frente a un ordenador cuántico”, explica, “tenemos un mecanismo para garantizar la seguridad de las comunicaciones, y la podemos garantizar ahora, mañana y en el futuro, independientemente de la capacidad computacional que un atacante pueda tener”. Explicar el funcionamiento al detalle sería material para otro reportaje —o un paper—, pero Curty sintetiza las claves. “Si yo codificara la información en una partícula elemental utilizando propiedades de la mecánica cuántica, no habría nadie que pudiera copiarla. Y si alguien lo intenta, va a introducir una perturbación que luego vamos a poder detectar”. Esto se puede realizar mediante la transmisión de pulsos ópticos muy tenues, por la misma red de fibra que se emplea actualmente, con la información codificada en distintos grados de libertad de la luz, como por ejemplo la polarización. “Las tecnologías que empleamos, los láseres, moduladores, etc, son los mismos que se utilizan en comunicaciones ópticas tradicionales. La única tecnología que ha sido necesario desarrollar son los detectores capaces de percibir luz tan tenue”.
Esto implica que muchas empresas comercializan ya estos dispositivos, aunque por el momento están solo al alcance económico de unas pocas organizaciones. También hay redes tendidas desde hace años, por ejemplo en China. A nivel local, ciudades como Madrid han desarrollado pequeñas redes metropolitanas. La UE está trabajando en una Infraestructura Europea de Comunicación Cuántica —EuroQCI— con la idea de desplegar una red en el continente en esta década, tanto terrestre como satelital.
¿Y nuestro país? “España ha hecho un esfuerzo bastante razonable para intentar potenciar este tipo de tecnologías y ponerse a la vanguardia de su desarrollo. Sin embargo, todavía queda lejos de lo que se están haciendo en otros países”, reconoce. Las cifras le dan la razón: mientras —por ejemplo— el plan en tecnologías cuánticas de Francia prevé una inversión de 1.800 millones de euros, la recién aprobada Estrategia española destina 808 millones a su ejecución. Pese a esto, pone en valor la apuesta nacional, ejemplificándola con proyectos como el Plan Complementario de Comunicación Cuántica, un proyecto a cuatro años para impulsar estas tecnologías, con una inversión total de 76 millones de euros. O el Hub Nacional de Excelencia en Comunicaciones Cuánticas, parte de la Estrategia española, dotado con 10 millones.
Además de la parte de confidencialidad, las comunicaciones cuánticas también abordan temas de autenticación, firmas digitales o generadores de números aleatorios, fundamentales para las futuras redes de computación o sensórica cuántica distribuida, con el objetivo último de crear una internet cuántica. Asimismo, Curty explica sus posibilidades en aprovechamiento de recursos. “Utilizando efectos de mecánica cuántica se pueden obtener sistemas más eficientes, que con mucha menos energía podrían transmitir la información”. Un potencial por explorar.
Detectando sustancias contaminantes a escala subnanométrica
“La sensórica cuántica protagonizará en el corto plazo una revolución tecnológica en ámbitos tan variados como la biomedicina […] o el medioambiental”. Así refleja la Estrategia española el potencial de esta rama tecnológica, que posibilita mediciones de propiedades físicas “con una precisión notablemente superior a la de los sensores tradicionales”. En el documento se considera este un “sector de gran potencial que España debe aprovechar”, con un menor riesgo de inversión gracias a un mayor nivel de madurez que otras tecnologías y su potencial comercial. Se necesita, eso sí, infraestructura para su testeo y escalado y proyectos tractores significativos.
Precisamente una de estas iniciativas se está desarrollando en Euskadi, en concreto dentro del ecosistema cuántico que se ha desarrollado en Bizkaia, BIQAIN. Se trata de la empresa QUBIZ.team, fundada por Jorge García del Arco, Jorge de la Herrán y Crespo y Jorge Casanova, que en tres años ha conseguido ponerse a la vanguardia en sensórica mediante el desarrollo de un dispositivo portable para la detección en agua potable de PFA, siglas en inglés de sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas. El dispositivo de QUBIZ.team, llamado The Botson, consiste en un sistema avanzado de sensórica cuántica que analiza el agua en tiempo real y es capaz de detectar estas sustancias.
En 2020, la Comisión Europea presentaba una nueva directiva sobre la calidad del agua potable. Esta establece requisitos para el control de estos PFA, que son agentes químicos sintéticos y muy persistentes, muy utilizados en la actualidad, que pasan al medio ambiente y al ser humano, con los problemas consiguientes. En este contexto, los fundadores contactaron con un proyecto que analizaba muestras de sangre con métodos no invasivos y lo adaptaron al agua mediante sensórica cuántica. García del Arco habla de “un nuevo paradigma”. Su dispositivo puede localizar, dicen, una molécula de una de estas sustancias en una piscina olímpica.
“Llevamos midiendo utilizando tecnologías cuánticas desde hace décadas”, analiza De la Herrán. Son, por ejemplo, la resonancia magnética nuclear o el radar láser, “tecnologías basadas un poco en mecánica cuántica que hacen medición”. De ahí a la sensórica cuántica, que permite tantear “cosas que antes eran inmedibles”. Dispositivos como el de QUBIZ.team funcionan a temperatura ambiente, un entorno mucho más favorable que el de chips cuánticos que necesitan de muy bajas temperaturas para operar, y resisten a temperaturas de hasta cerca de 1000°, lo que abre un potencial para la medición en entornos complejos, como pueden ser hornos de fabricación industrial. Tras el primer reto en calidad de agua, desde QUBIZ.team ya se están explorando estos nuevos usos, que permitirán llevar la tecnología a áreas como la agrícola, salud, energía o industria.
La empresa se crea en marzo de 2022, pero durante dos años se mantuvo “invisible”, como explican sus fundadores, trabajando en el laboratorio y en pruebas de concepto, tras lo que se lanzaron a trabajar con un formato de empresa tradicional. Reconocida en febrero de este año con el sello de excelencia europeo EIC Accelerator, prevén empezar la fase de comercialización de su dispositivo en 2026. Desde su creación, han crecido hasta las 13 personas en plantilla, con previsión de seguir aumentando su personal. “Convertimos a científicos en empresarios”, desarrolla de la Herrán, enfatizando la importancia de que el personal que trabaja en investigación también participe en la parte empresarial para evitar fuga de patentes y de talento.
Porque favorecer un ecosistema productivo es también una de las prioridades para los fundadores de esta deep tech. “Lo que hacen falta son muchas empresas y mucha capacidad de investigación. El mercado es tan amplio que lo peor que podríamos hacer es intentar pegarnos para ver quién llega primero”, valora De la Herrán y Crespo. “Si hacemos una apuesta singular por la sensórica y la metrología, creo que podemos hacer cosas muy interesantes a nivel internacional”. En este sentido, valora los esfuerzos que se están haciendo desde las distintas administraciones para avanzar en tecnologías cuánticas, poniendo el foco en la necesidad de no esperar a que aparezca “el macroproducto que rompa moldes” para hacer la apuesta. “Eso igual supone llegar tarde”, añade. “Tenemos una grandiosa oportunidad y, por nuestra parte, vamos a aprovecharla”.
Fuente: Computerworld