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Tecnología cuántica

La tecnología cuántica es un campo emergente de la física y la ingeniería que abarca tecnologías que se basan en las propiedades de la mecánica cuántica , [1] especialmente el entrelazamiento cuántico , la superposición cuántica y los túneles cuánticos . La computación cuántica, los sensores , la criptografía , la simulación , la medición , la obtención de imágenes , los generadores de energía cuántica y la navegación espacial son ejemplos de tecnologías cuánticas emergentes. El desarrollo de tecnologías cuánticas también tiene un gran impacto en campos establecidos como la exploración espacial , [2] el sector de energía sostenible y tecnologías limpias , la nanofabricación , los semiconductores y la tecnología láser .

Además, algunos científicos están investigando posibles interconexiones entre la biología cuántica y la tecnología cuántica, por ejemplo para comprender mejor la inmunología [3] y mejorar la atención sanitaria. Aparte de sus raíces principales en la física, algunos tipos de tecnología cuántica pueden incluso involucrar a la química o la microbiología .

Puntos cuánticos coloidales irradiados con luz ultravioleta. Los puntos cuánticos de diferentes tamaños emiten luz de diferentes colores debido al confinamiento cuántico.

Comunicaciones seguras

La comunicación cuántica segura es un método que se espera que sea "cuánticamente seguro" con la llegada de los sistemas de computación cuántica que podrían romper los sistemas de criptografía actuales utilizando métodos como el algoritmo de Shor . Estos métodos incluyen la distribución de claves cuánticas (QKD) , un método de transmisión de información utilizando luz entrelazada de una manera que hace que cualquier interceptación de la transmisión sea obvia para el usuario. Otro método es el generador cuántico de números aleatorios, que es capaz de producir números verdaderamente aleatorios, a diferencia de los algoritmos no cuánticos que simplemente imitan la aleatoriedad. [4]

Informática

Se espera que las computadoras cuánticas tengan varios usos importantes en campos informáticos como la optimización y el aprendizaje automático. Quizás sean más conocidos por su esperada capacidad para ejecutar el algoritmo de Shor, que puede usarse para factorizar grandes números y es un proceso importante para asegurar las transmisiones de datos.

Simuladores cuánticos

Los simuladores cuánticos son tipos de computadoras cuánticas que se utilizan para simular un sistema del mundo real y pueden usarse para simular compuestos químicos o resolver problemas de física de alta energía. [5] [6] Los simuladores cuánticos son más sencillos de construir que las computadoras cuánticas de propósito general porque no es necesario un control completo sobre cada componente. [5] Los simuladores cuánticos actuales en desarrollo incluyen átomos ultrafríos en redes ópticas, iones atrapados, conjuntos de qubits superconductores y otros. [5]

Sensores

Se espera que los sensores cuánticos tengan una serie de aplicaciones en una amplia variedad de campos, incluidos los sistemas de posicionamiento, la tecnología de la comunicación, los sensores de campos eléctricos y magnéticos, la gravimetría [7] , así como áreas de investigación geofísica como la ingeniería civil [8] y la sismología.

Historia

El campo de la tecnología cuántica se describió por primera vez en un libro de 1997 de Gerard J. Milburn , [9] al que siguió un artículo de 2003 de Jonathan P. Dowling y Gerard J. Milburn , [10] [11], así como un Artículo de 2003 de David Deutsch . [12]

Muchos de los dispositivos que ya existen se basan fundamentalmente en los efectos de la mecánica cuántica. Entre ellos se incluyen sistemas láser , transistores y dispositivos semiconductores , así como otros dispositivos como, por ejemplo, lectores de imágenes por resonancia magnética . El Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Defensa del Reino Unido (DSTL) agrupó estos dispositivos como "cuánticos 1.0" para diferenciarlos de lo que denominó "cuánticos 2.0", que definió como una clase de dispositivos que crean, manipulan y leen activamente estados cuánticos de materia utilizando los efectos de superposición y entrelazamiento. [13]

Programas de investigación

Desde 2010 en adelante, varios gobiernos han establecido programas para explorar tecnologías cuánticas, [14] como el Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido, [15] que creó cuatro 'centros' cuánticos, el Centro de Tecnologías Cuánticas en Singapur, y QuTech, una empresa holandesa. centro para desarrollar una computadora cuántica topológica. [16] En 2016, la Unión Europea presentó el buque insignia de tecnología cuántica, [17] [18] un megaproyecto de 10 años de duración por mil millones de euros , similar en tamaño a proyectos emblemáticos europeos anteriores de tecnologías futuras y emergentes . [19] [20] En diciembre de 2018, Estados Unidos aprobó la Ley de Iniciativa Cuántica Nacional , que proporciona un presupuesto anual de mil millones de dólares para la investigación cuántica. [21] China está construyendo la instalación de investigación cuántica más grande del mundo con una inversión prevista de 76 mil millones de yuanes (aproximadamente 10 mil millones de euros). [22] [23] El gobierno indio también ha invertido 8.000 millones de rupias (aproximadamente 1.020 millones de dólares estadounidenses) durante 5 años para impulsar las tecnologías cuánticas en el marco de su Misión Cuántica Nacional. [24]

En el sector privado, las grandes empresas han realizado múltiples inversiones en tecnologías cuánticas. Organizaciones como Google , D-wave Systems y la Universidad de California en Santa Bárbara [25] han formado asociaciones e inversiones para desarrollar tecnología cuántica.

Ver también

Referencias

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