- Escrito por Phil Mercer
- BBC News, Sídney
Liam Hall creció en una granja en Australia, y era un mecánico que «se engrasaba y se raspaba los nudillos», pero en los últimos años su carrera ha dado un giro más técnico.
Ahora es Jefe de Biotecnología Cuántica en CSIRO, la agencia científica nacional de Australia.
“Tengo una experiencia un poco extraña. Siempre quise ser mecánico de diésel. Hacer eso por un tiempo me llevó a querer estudiar ingeniería en la universidad. Eso me introdujo a la física, y luego a la física cuántica, que es una buena montaña rusa. camino a seguir”, dice para describirlo.
Su equipo está desarrollando técnicas de diagnóstico y probando pequeños sensores hechos de diminutos trozos de diamante de unos 50 nanómetros de tamaño (unas 1.000 veces más finos que un cabello humano) para evaluar los niveles de hierro de los pacientes.
Los métodos actuales monitorean una proteína conocida como ferritina, que es el mecanismo de almacenamiento de hierro del cuerpo. Si bien controlar la ferritina es una buena forma de medir el hierro, sería más preciso medir los niveles reales de hierro dentro de la proteína.
Una forma de hacerlo es medir los pequeños campos magnéticos generados por el hierro. Pero hay un gran problema con este enfoque.
«[The magnetic field] «Es bastante pequeño y está más allá de la medición de cualquier dispositivo de medición magnético o microscopio convencional», explica el Dr. Hall.
Sin embargo, los sensores cuánticos a nanoescala del Dr. Hall pueden detectar y medir esos pequeños campos.
En el futuro, afirma, esta tecnología podría desarrollar un marcador temprano para cualquier enfermedad determinada, incluido el control de ciertas hormonas o proteínas que pueden indicar cáncer.
«La ventaja de los sistemas cuánticos siempre ha sido que se puede lograr una sensibilidad mucho mayor y una identificación más sencilla de sustancias químicas a un costo mucho menor», dice el Dr. Hall.
Fuente de imagen, Universidad de Chicago
El Dr. Hall es parte de una campaña global para avanzar en las tecnologías cuánticas. Gran Bretaña, China, Estados Unidos y otros países están intentando explotar las extrañas propiedades de la mecánica cuántica.
«La tecnología cuántica es una de las oportunidades de crecimiento más prometedoras de Australia: una oportunidad para crear nuevos mercados y nuevas aplicaciones», dijo el profesor Bronwyn Fox, científico jefe de CSIRO.
La mecánica cuántica surgió a principios del siglo XX a través del estudio de los objetos más pequeños de la naturaleza. Los científicos creen que tiene el potencial de ampliar nuestra comprensión del universo y resolver problemas complejos a la velocidad del rayo.
La gama de aplicaciones parece amplia; Desde avances en ciencia ambiental y descarbonización, hasta ciberseguridad y nuevos medicamentos. Podría haber moléculas que “coman carbono” y lo eliminen de la atmósfera, baterías cuánticas para impulsar automóviles, aviones diseñados para reducir sus emisiones y logística de transporte para reducir la congestión de las carreteras.
Una ambición de la investigación cuántica es aprovechar el poder de las partículas subatómicas para almacenar y procesar datos.
Mientras que la computación clásica generalmente usa bits (ceros y unos), las computadoras cuánticas usan qubits, que pueden existir como ceros, unos o una combinación de ambos.
Aquí es donde las cosas pueden ponerse un poco raras, ya que las partículas pueden existir en múltiples estados a la vez (esto se llama superposición), y también estar entrelazadas (o entrelazadas) entre sí.
«Al utilizar este principio de superposición cuántica con otro fenómeno cuántico conocido como entrelazamiento, se pueden realizar cálculos que son simplemente imposibles con computadoras convencionales. Se abre la posibilidad de realizar algunos cálculos sorprendentes que podrían cambiar el mundo», explica el profesor . Andrew Dzurak de la Universidad de Nueva Gales del Sur.
“Imagínese una nueva rama del virus Covid u otra terrible pandemia. Una vez que comprenda su estructura molecular, lo que se puede hacer utilizando técnicas experimentales estándar, podrá recurrir a una computadora cuántica y calcular cómo crear una molécula que ataque específicamente. ese virus”.
“Este problema se resuelve en un día y no en los seis o nueve meses que tardaron las mentes biológicas y farmacéuticas más brillantes del planeta en idear las vacunas contra el Covid”.
El poder de la computación cuántica proviene del entrelazamiento, un fenómeno natural, según el Dr. Mohamed Othman, líder del equipo de Data 61, una empresa de CSIRO.
Es complejo y no fácil de entender. Partículas especiales, a menudo fotones o puntos de luz, pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, pero permanecen fuertemente conectadas aunque no lo estén físicamente.
«Yo diría que nadie en el mundo comprende completamente los conceptos básicos del entrelazamiento», es la honesta evaluación del Dr. Osman.
¿Podría haber una Internet cuántica? Muy probable. Los datos pueden transmitirse a través de fibras ópticas utilizando partículas de luz, lo que hace que sea casi imposible escuchar o piratear.
Fuente de imagen, Universidad de Chicago
En Estados Unidos, la Universidad de Chicago ha construido una de las redes cuánticas más largas del país. Tiene unos 200 kilómetros (124 millas) de largo y está creciendo.
David Awshalom es profesor de ingeniería molecular y física en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. También es el director fundador del Bloch Quantum Tech Hub de la universidad, que espera crear 30.000 puestos de trabajo cuánticos para 2035 y generar 60.000 millones de dólares para la economía. Se trata de una colaboración con expertos de Australia, India, Japón, Países Bajos e Israel.
«Hemos ampliado la medida en que podemos enviar mensajes cuánticos seguros a través de muchos kilómetros de fibra subterránea», explica.
“Pero hay grandes desafíos que superar. Con la computación cuántica, por ejemplo, estamos trabajando en la coherencia cuántica, lo que significa mantener intacto el sistema cuántico; lo que significa detectar y corregir errores causados por la decoherencia y la escalabilidad”, significa; poder aumentar el número de qubits en un sistema cuántico para resolver problemas más complejos».
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Todavía nos quedan años de ardua investigación por delante, pero el futuro parece correr hacia nosotros.
«La IA cuántica es una de las áreas de investigación clave de nuestro equipo. El aprendizaje automático y la IA son muy intensivos desde el punto de vista computacional, y la computación cuántica promete potencia computacional», explica el Dr. Osman de CSIRO.
«Por ejemplo, coches autónomos o drones que vuelan por los campos de batalla con armas letales. ¿Podemos confiar en la IA? Entonces, lo que descubrimos es que la integración de la computación cuántica en la IA conduce a sistemas muy fiables y dignos de confianza», añadió.
«Mi sueño hecho realidad es que cuando las computadoras cuánticas a gran escala estén disponibles y podamos ejecutar los algoritmos cuánticos que estoy desarrollando para encontrar soluciones a problemas que aún no hemos encontrado, eso revolucionará todo».
