La tecnología cuántica y en especial la computación, tiene el potencial para cambiarlo todo y transformar, a niveles que aún no imaginamos, áreas tan diversas como la industria farmacéutica, energía, logística, finanzas, química, y muchas más. Por eso, la carrera por su desarrollo ya está desatada en todo el mundo, con diversos países realizando inversiones sin precedentes en este ámbito, en especial Estados Unidos, China y la Unión Europea.

Y Chile no quiere quedar fuera de esta tendencia cuántica, para lo cual el Gobierno acaba de conformar una comisión experta integrada por diversos especialistas y académicos, entre los que destaca el investigador de la Universidad de Santiago, Dr. Francisco Albarrán, quien gracias a su experiencia en este ámbito liderando diversas investigaciones, jugará un rol fundamental en el trazado de la hoja de ruta que tendrá como objetivo desarrollar ideas que impulsen el avance de estas tecnologías en Chile en 120 días, formulando 15 propuestas estratégicas a corto, mediano y largo plazo.

El Dr. Albarrán, junto al grupo de investigación de tecnologías cuánticas, ha participado en diversos proyectos en este ámbito, abarcando desde la generación de algoritmos ultra rápidos en el paradigma llamado computación digital contradiabática (DCQC siglas en inglés), siendo pioneros en este campo. Además, tiene una línea en torno a la computación y simulación cuántica digital-analógica, en donde, además de tener las compuertas lógicas para computar, toman ventajas de las interacciones físicas de los sistemas para proponer nuevas transformaciones cuánticas obteniendo algoritmos más rápidos y precisos. Eso entre muchos y diversos trabajos que ha incluido importantes colaboraciones con universidades y empresas internacionales.

Todo esto posiciona al Dr. Albarrán como experto en el ámbito y con la claridad para identificar los desafíos en la adopción y desarrollo de tecnologías cuánticas en Chile, el impacto que tendrán en nuestro país en los próximos años y algunos riesgos asociados.

-¿Cómo definiría la tecnología cuántica?

Las tecnologías cuánticas en palabras simples son desarrollos tecnológicos basados en los principios de la Mecánica Cuántica. Las podemos clasificar en dos tipos, las de primera generación, que utilizan fenomenología cuántica de forma incoherente, donde podemos englobar los semiconductores, resonancia magnética nuclear, microscopios de efecto túnel, etc., desarrolladas y comercializadas desde hace bastante tiempo. Por otro lado, están las tecnologías cuánticas de segunda generación, basadas en el control coherente y manipulación individual de los sistemas cuánticos, que mantengan estable la coherencia y correlaciones cuánticas.  En esta familia tenemos la gran mayoría de tecnologías cuánticas que se están desarrollando hoy en día como computadores cuánticos, simuladores cuánticos, dispositivos de criptografía cuántica, comunicación cuántica, motores cuánticos, etc.

-¿Por qué es importante que una universidad pública como la Usach participe en esta comisión?

La universidad pública está llamada a desempeñar un papel importante en la vanguardia de la investigación científica que nos permita contribuir al país y su desarrollo tecnológico. Tenemos un rol importante en la educación de las nuevas generaciones de profesionales, por lo que es imperativo mantener un conocimiento actualizado de nuevas ideas y desarrollos tecnológicos que puedan impactar la sociedad. Somos una institución idónea para generar puentes entre el gobierno, la academia y la industria, que son los pilares para el desarrollo tecnológico de un país, por lo cual nuestra participación es un reconocimiento al trabajo permanente de nuestra casa de estudios en temas de vanguardia.

-¿Cuáles considera que son los principales desafíos en la adopción y desarrollo de tecnologías cuánticas en Chile y cómo propone enfrentarlos?

Chile cuenta con dos desafíos muy grandes en esta área. Primero, la formación de capital humano avanzado en temas de computación cuántica, para lo cual se hace necesario avanzar en la creación de nuevos programas a nivel postgrado, o certificaciones intermedias como minors, o postítulos. Y segundo, el tema de infraestructura, en donde por el alto costo de los laboratorios asociados a tecnologías cuánticas de segunda generación hace casi imposible la implementación de estos en países como Chile. Aquí una opción es generar acuerdos con universidades o centros que posean dichas instalaciones, como también con el sector privado interesado en generarlas.

-¿Qué impacto espera que tenga el desarrollo de tecnologías cuánticas en Chile en los próximos años?

Esperamos que en el corto plazo este tema comience a tomar más relevancia en la formación de capital humano, para que en el mediano plazo podamos agrandar la base científica a nivel país en estos temas, y a largo plazo comenzar a competir a nivel de software, para generar alianzas y producir hardware.

-¿Cuáles son los principales riesgos asociados al desarrollo de tecnologías cuánticas?

Un riesgo siempre presente está en la mala comunicación y falsas expectativas que se pueden generar en torno a nuevas tecnologías. Esto puede impactar en la generación de malas políticas públicas, en donde los esfuerzos vayan mal dirigidos. Por eso hay una gran responsabilidad en potenciar la generación de políticas que se fundamenten en las fortalezas que tenemos como país, ya que  contamos con muy buenos investigadores a lo largo de Chile, realizando diferentes estudios de posibles aplicaciones, que pueden impulsar el desarrollo de tecnologías cuánticas.

-¿Qué oportunidades únicas presenta Chile para el desarrollo de tecnologías cuánticas?

Chile, se caracteriza por ser un país con científicos de nivel mundial en diferentes áreas, lo que nos brinda una oportunidad única para que dicha calidad científica sea canalizada en estas tecnologías disruptivas y generar nuevos estudios alrededor de esta. Estamos en un momento clave para desarrollar conocimiento y promover la creatividad que nos permita hacer alianzas estratégicas con otros gobiernos y/o empresas para dar un salto en el desarrollo del área, como actualmente lo está haciendo nuestro grupo en la Usach con diferentes acuerdos de investigación.

Tras el surgimiento de la Mecánica Cuántica en el año 1900, que permitió conocer las leyes que gobiernan el comportamiento de la materia a niveles atómicos, esta rama de la física contemporánea hoy atraviesa por la denominada Segunda Revolución Cuántica, etapa que es acompañada de la promesa de proveer las anheladas herramientas para dar curso a sustanciales avances tecnológicos.

Desde el Departamento de Física de la Facultad de Ciencia se desarrollan constantes investigaciones a nivel teórico, destacando estudios en plataformas avanzadas, entre ellas, los llamados circuitos superconductores, los mismos utilizados en la elaboración de computadores cuánticos de gigantes como IBM y Google, anunciando una nueva era para la informática.

Pero, ¿qué son los circuitos superconductores? Los circuitos superconductores son plataformas con tecnología de microondas, correspondiente a sistemas de materia condensada, que -sometidas a temperaturas cercanas al cero absoluto- exhiben comportamiento cuántico, antesala para el desarrollo de la computación cuántica que, basada en la unidad de Cúbit o bit cuántico, cuenta -por definición- con capacidades exponencialmente mayores a la computación clásica.

En este sentido, la reciente elaboración del trabajo denominado ’Resilient superconducting-element design with genetic algorithms' por parte de investigadores de la Usach, en conjunto con colaboradores en Europa, propone el diseño de circuitos superconductores nuevos, usando herramientas teóricas que involucran problemas de optimización.

Concretamente, se trata de una iniciativa impulsada por el grupo de investigación compuesto por el vicedecano de Investigación y Postgrado de la Facultad de Ciencia, Guillermo Romero, los profesores Juan Carlos Retamal y Francisco Albarrán del Departamento de Física, en colaboración desde Europa con los investigadores  Francisco Cárdenas (Forschungszentrum Jülich, Alemania), Mikel Sanz y Xi Chen (Universidad del País Vasco, España).

“Se trata de un optimizador clásico, que nos define la topología del circuito y así nos optimiza las energías de cada elemento del mismo. El objetivo ahora es llevar la teoría a la práctica experimental, para lo cual tenemos vínculos con colaboradores tanto en Alemania como España. Entonces, lo que queremos es presentar el diseño de un tipo de circuito donde la maquinaria de cálculo con la que contamos, nos permite diseñar circuitos según el requerimiento que quiera el experimental”, explicó el vicedecano, quien además realizó un postdoctorado en la Universidad del País Vasco.

Eso sí, pese a su gran potencial, la computación cuántica hoy es una industria en crecimiento, con numerosas áreas de oportunidad donde, en la actualidad, el foco se mantiene en la búsqueda de problemas que no sean capaces de ser resueltos por la computación clásica, esperando en el transcurso de los años conseguir la esperada ventaja cuántica práctica.

En lo inmediato, los investigadores de la Usach están definitivamente arriba del carro de esta línea de estudio, como una esperanzadora apuesta a futuro, en la que también han creído los gigantes de la informática mundial, llevando a que las tecnologías cuánticas en áreas como la computación, simulación, comunicación y sensing cuántico, avancen cada día más.