Cómo la física cuántica podría “revolucionarlo todo”

Por Phil Mercer, en BBC News del 6 de Abril de 2024

La carrera de Liam Hall le ha llevado del mecánico diésel a la biotecnología cuántica
Liam Hall, que creció en una granja en Australia, era mecánico y “se le engrasaban los nudillos”, pero en los últimos años su carrera ha tomado un giro más técnico. Ahora es el 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. “una montaña rusa es una buena forma de describirlo”, afirma.

Su equipo ha estado desarrollando tecnologías de diagnóstico, experimentando con microsensores elaborados a partir de diminutas astillas de diamantes de unos 50 nanómetros de tamaño (unas 1.000 veces más finas que el cabello humano) para evaluar los niveles de hierro de los pacientes. Los métodos actuales monitorean una proteína conocida como ferritina, 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 sería medir los diminutos campos magnéticos generados por el hierro. Pero hay un gran problema con ese enfoque. “[El campo magnético] es completamente pequeño y está fuera de la medición de cualquier magnetómetro o microscopio tradicional”, explica el Dr. Hall. Sin embargo, los sensores cuánticos a nanoescala del Dr. Hall pueden detectar esos pequeños campos y medirlos.

Dice que en el futuro, la tecnología podría desarrollar una señal temprana para cualquier enfermedad en particular, incluida la vigilancia de ciertas hormonas o proteínas que podrían 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 las sustancias químicas a un coste mucho menor”, afirma el Dr. Hall.


David Awschalom (con camisa azul) de la Universidad de Chicago es profesor de Ingeniería Molecular y Física de la Familia Liew en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de ChicagoUniversidad de Chicago
Investigadores de todo el mundo trabajan en tecnologías cuánticas
El Dr. Hall forma parte de un impulso global para desarrollar tecnologías cuánticas. Gran Bretaña, China, Estados Unidos y otros países están tratando de explotar las extrañas propiedades de la mecánica cuántica.
“La tecnología cuántica es una de las oportunidades de crecimiento más prometedoras de Australia: una oportunidad de crear nuevos mercados, nuevas aplicaciones”, dijo el científico jefe de CSIRO, el profesor Bronwyn Fox.

La mecánica cuántica surgió a principios del siglo XX a partir de estudios 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 los 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 informática convencional generalmente utiliza bits (ceros y unos), las computadoras cuánticas utilizan qubits, que pueden existir como ceros, unos o una combinación de ambos a la vez.
Aquí es donde las cosas pueden volverse un poco extrañas, donde las partículas pueden existir en múltiples estados simultáneamente (esto se llama superposición) y también estar entrelazadas (o enredadas) entre sí.

“Utilizando ese principio de superposición cuántica junto con otro fenómeno cuántico conocido como entrelazamiento, permite realizar cálculos que son simplemente imposibles usando computadoras convencionales.
Abre la posibilidad de hacer algunos cálculos bastante sorprendentes que pueden cambiar el mundo”, explica el profesor Andrew Dzurak de la Universidad de Nueva Gales del Sur.
“Imagínese una nueva rama de Covid u otra pandemia horrible.
Una vez que comprende la estructura molecular de eso, lo que se puede hacer usando técnicas experimentales estándar, va a la computadora cuántica y calcula cómo producir una molécula que ataque específicamente ese virus.
“Ese problema se resuelve en un día en lugar de los seis o nueve meses que les llevó a las mentes biológicas y farmacéuticas más importantes del planeta crear las vacunas contra el Covid”.
El poder que impulsa la computación cuántica proviene del entrelazamiento, un fenómeno natural, según el Dr. Muhammed Usman, líder de equipo de Data 61, https://research.csiro.au/data61/ una empresa dentro de CSIRO.
Ver CSIRO CHILE https://www.csiro.cl/

Ver artículo completo en https://www.bbc.com/news/business-68880569

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