En conmemoración del A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas (IYQ, por sus siglas en inglés) 2025, la Crónica de la ONU planteó una serie de preguntas al profesor Dr. Klaus Richter, presidente de la Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)/Sociedad Alemana de Física, sobre la naturaleza de la física cuántica y sus posibles beneficios para la humanidad. La entrevista resultante busca brindar a nuestros lectores información accesible sobre este complejo campo del desarrollo científico y tecnológico.
Entrevista
El A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas busca ampliar la comprensión pública de las tecnologías cuánticas, incluyendo su potencial transformador. Para nuestros lectores, ?podría explicar qué es la mecánica cuántica y por qué es importante?
La mecánica clásica describe el mundo macroscópico que nos rodea, desde el movimiento de los planetas hasta las bolas de billar. Sin embargo, falla en el microcosmos. La mecánica cuántica es el marco teórico que sustenta la física cuántica. Cubre este vacío en las escalas de longitud más peque?as y describe el comportamiento y la interacción de moléculas, átomos e incluso partículas más peque?as que los componen. En la física clásica, la energía varía continuamente. En la física cuántica, por otro lado, la energía se limita a valores discretos y crece gradualmente. Por lo tanto, la energía es un múltiplo de las “porciones de energía” más peque?as: los cuantos.
La mecánica cuántica ha completado de forma impresionante nuestra visión del mundo y nos ha hecho accesible el cosmos atomizado: lo que comenzó como una teoría vaga en 1925 nos permite comprender la naturaleza: ?Por qué brilla el sol? ?Qué mantiene unidos a los átomos? ?Por qué algunas moléculas contribuyen al calentamiento global y otras no? ?Por qué las cosas son magnéticas? Todas estas experiencias cotidianas solo pueden explicarse mediante la física cuántica.
Además, la mecánica cuántica ha impulsado avances técnicos revolucionarios y ahora forma parte integral de nuestra vida cotidiana: tomemos como ejemplo los transistores como componentes básicos de nuestras tecnologías inteligentes, como las computadoras y los teléfonos celulares; los LED (diodos emisores de luz) como fuentes de luz de bajo consumo; el posicionamiento y la navegación (GPS); la nueva definición del kilogramo; o la resonancia magnética como herramienta importante para el diagnóstico médico. La mecánica cuántica impacta en todas las áreas de nuestra ciencia, tecnología, cultura y arte.
Ha se?alado que, tras 100 a?os de éxito en física cuántica, podríamos estar en el umbral de una segunda revolución cuántica. ?Cuáles cree que serán los próximos grandes impactos en nuestras vidas debido al progreso de la ciencia y la tecnología cuánticas?
La “primera revolución cuántica”, basada en los cuantos de energía y la naturaleza ondulatoria de las partículas cuánticas, comenzó a mediados del siglo XX. La “segunda revolución cuántica” comenzó a principios del siglo XXI. Se basa en la creciente capacidad de controlar por completo el comportamiento cuántico de los constituyentes elementales, como los fotones o los átomos. Estos logros podrían sentar las bases de nuestra concepción de la computación, la medición y la información en el futuro. Algunos productos de la tecnología cuántica, como los relojes atómicos, ya están en funcionamiento; otros, como la computación cuántica, pasarán de la investigación a las primeras aplicaciones comerciales. Con nuevos algoritmos cuánticos, las computadoras cuánticas podrían, algún día, abordar nuevos problemas de gran complejidad. Los sofisticados métodos de entrelazamiento, otro sello distintivo de la “segunda revolución cuántica”, podrían dar lugar a una tecnología de sensores completamente nueva.
Creo que la creatividad en el campo de las aplicaciones cuánticas es ilimitada. Es de suponer que las futuras tecnologías cuánticas volverán a influir con fuerza en nuestro mundo. Pero simplemente desconocemos cuándo ni de qué forma ocurrirá esto en un futuro lejano. En este sentido, el desarrollo evolutivo de las tecnologías cuánticas durante los últimos 100 a?os puede darnos una pista: en la década de 1950, avances como el láser o la manipulación de átomos individuales simplemente no se anticiparon. Deberíamos tener la fantasía de esperar lo inesperado en nuestro futuro remoto.
Cada día, experimentamos un rápido desarrollo y aplicación de big data y sistemas de inteligencia artificial (IA). ?Hasta qué punto estos sistemas están siendo moldeados por la ciencia y la tecnología cuánticas, y cuáles considera usted que son los riesgos y las oportunidades de la física cuántica en la IA (y viceversa)?
Los rápidos y revolucionarios desarrollos globales en aplicaciones de big data, IA y aprendizaje automático se han visto impulsados, en particular, por los avances en computación de alto rendimiento durante la última década. Los procesadores y su fabricación se basan en tecnología cuántica de vanguardia, que utiliza materiales semiconductores y láseres ultravioletas extremos (XUV). Por lo tanto, el auge de la IA sería simplemente imposible sin la mecánica cuántica.
Las bases de la IA se sentaron en la física, y el big data fue un tema de estudio en la física de partículas, por ejemplo, mucho antes de que adquiriera la relevancia general que tiene hoy. Hoy en día, por el contrario, los métodos de aprendizaje automático se utilizan cada día más en la investigación y el desarrollo físicos y, por consiguiente, también para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas.
Observamos cómo los métodos de IA, física y computación cuánticas se entrelazan cada vez más. Por ejemplo, existen áreas de investigación como el aprendizaje automático inspirado en la física y el aprendizaje automático cuántico, la integración de algoritmos cuánticos en programas de aprendizaje automático. La interrelación de estos dos métodos en rápido desarrollo —algoritmos cuánticos e IA— ofrece, sin lugar a duda, sinergias inimaginables. Sin embargo, la velocidad con la que esto ocurre también conlleva riesgos potenciales.
Como presidente de la Sociedad Alemana de Física (DPG), socio fundador del IYQ, ?cómo ve el legado de los últimos 100 a?os de ciencia cuántica en su labor de apoyo a los objetivos del A?o Internacional?
Hace cien a?os, Gotinga, Alemania, desempe?ó un papel fundamental en la creación de la física cuántica tal como la conocemos hoy. En 1925, se formularon allí por primera vez las leyes fundamentales de la mecánica cuántica. Por lo tanto, en vista de lo sucedido en Gotinga, el A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas cobra especial relevancia para la comunidad física alemana. En DPG, hemos dedicado todo el a?o 2025 a la física cuántica Celebramos sus éxitos, pero, en particular, nos centraremos en las perspectivas futuras de la mecánica cuántica.
Para ello, DPG ofrece a lo largo del a?o un completo programa de divulgación que comprende cinco líneas temáticas: ( i ) física cuántica en la investigación y tecnologías cuánticas; (ii) los cuantos en la escuela, jugando con los cuantos: las tecnologías cuánticas modernas pueden dar un nuevo impulso a la ense?anza con el fin de aumentar la conciencia pública y una educación amplia en las ciencias naturales en su conjunto; (iii) los cuantos en la música, en la filosofía, el arte, el cine y la literatura; (iv) los cuantos en el mundo profesional, la carrera y la llegada a la sociedad; y (v) el camino hacia el mundo cuántico moderno y más allá.
La teoría cuántica es una de las mayores revelaciones fundamentales de la humanidad sobre el mundo en el que vivimos. Podemos ser entusiastas, pero no debemos prometer demasiado para el futuro previsible. DPG enfatiza la inmensa importancia de la ciencia cuántica y aboga por la promoción eficaz de una investigación sólida y libre sobre los fundamentos de la física cuántica. Al mismo tiempo, y como parte del legado de los últimos 100 a?os, la ciencia está llamada a acompa?ar los nuevos avances en las tecnologías cuánticas de forma responsable y en beneficio de la humanidad, y a considerar cuidadosamente sus posibles impactos sociales. Esto también incluye la transparencia e informar a la sociedad sobre las oportunidades, pero también sobre los riesgos potenciales. Históricamente, y acentuado por la situación global actual, el potencial estratégico de las tecnologías cuánticas para la seguridad es evidente.
Ha se?alado que la física desempe?a un papel fundamental en la necesaria transformación hacia un suministro energético seguro y libre de combustibles fósiles. ?Cuáles son sus esperanzas y expectativas respecto al potencial de la ciencia y la tecnología cuánticas para ayudar a resolver la crisis climática?
En cuanto a los principales desafíos globales de nuestro tiempo en lo que respecta a la situación actual, el cambio climático acelerado es sin duda una de las preocupaciones primarias. Para mitigar el cambio climático, la física desempe?a y seguirá desempe?ando un papel clave en la necesaria transformación del suministro de energía hacia la desfosilización. En este sentido, la energía fotovoltaica es un ejemplo destacado de física cuántica aplicada y tiene el potencial de abordar la crisis climática rápidamente, ya que el problema es urgente. Según lo previsto por la Agencia Internacional de la Energía, la tasa de crecimiento de la energía fotovoltaica durante la próxima década superará con creces a la de todas las demás fuentes de suministro de energía eléctrica. Y la energía fotovoltaica no se basa únicamente en el efecto fotoeléctrico de Einstein, descubierto hace más de 100 a?os: los paneles solares de alta tecnología actuales incorporan muchas más facetas de la tecnología cuántica y de semiconductores. Sin embargo, también es necesario seguir investigando y desarrollando sistemas de almacenamiento de energía y redes eléctricas (inteligentes) para una transformación rápida y a gran escala hacia las energías renovables y una gestión energética sostenible.
Además, si bien es importante que las tecnologías mencionadas se sigan desarrollando a toda velocidad, también hay que tener presente la perspectiva a largo plazo.
Esto incluye tecnologías basadas en la física cuántica para la generación de energía casi libre de fósiles, como la fusión nuclear. Dado que el horizonte temporal para la producción comercial de electricidad a gran escala se estima actualmente en varias décadas, las tecnologías de fusión nuclear aún no están disponibles para abordar la urgente necesidad de limitar el calentamiento global. Sin embargo, se debe seguir promoviendo y apoyando la investigación y el desarrollo de la fusión como una opción a largo plazo.
Los eventos del A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas se celebran en todo el mundo, facilitando el diálogo científico transfronterizo e inspirando a los jóvenes a contribuir a otro siglo cuántico. ?Cuál es su opinión sobre el valor del multilateralismo para garantizar la continuidad del conocimiento global y la inversión en la ciencia cuántica y otras ciencias?
Estoy firmemente convencido de que en un mundo caracterizado globalmente por tendencias a la fragmentación dentro y entre las sociedades, la creación de redes multilaterales en el seno de la comunidad científica internacional es más importante que nunca.
Por un lado, la ciencia cuántica, con sus fascinantes posibilidades y su impulso globalmente perceptible, ofrece actualmente las condiciones perfectas para una red global más sólida. En este sentido, los diversos eventos iniciados y orquestados por el IYQ sin duda tienen un efecto de construcción de identidad.
Durante el A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas, DPG organiza una serie de eventos destacados destinados al intercambio internacional en ciencia cuántica. Por ejemplo, Ghana fue el país invitado con un simposio destacado en nuestra Reunión Anual de DPG en marzo. Además, este oto?o organizamos otra gran conferencia internacional en Gotinga, cuna de la mecánica cuántica, que aborda las facetas de la física cuántica en toda su amplitud. Por cierto, a finales de junio, mi colega Thomas Konrad (Universidad de KwaZulu-Natal, Durban, Sudáfrica), con el apoyo de varios colegas del ámbito de DPG, organiza una conferencia titulada “Ciencia y Tecnología Cuánticas en ?frica”, cuyo objetivo es el desarrollo de una red cuántica panafricana.
Por otro lado, el rápido desarrollo de las tecnologías cuánticas también conlleva el riesgo de nuevas dependencias globales. Cuando hablamos de soberanía digital, esto sin duda también debería aplicarse a las tecnologías cuánticas.
?Cómo es ser un físico de materia condensada? ?Cómo influye tu trabajo en tu forma de ver y moverte por el mundo? ?En qué estás trabajando o planeando investigar?
Entre los dos extremos físicos, el microcosmos de las partículas elementales y el macrocosmos de la astrofísica, se encuentra un mundo fascinante y multidimensional: el mundo de la materia condensada. A primera vista, la materia nos resulta familiar porque es visible a nuestro alrededor. Pero para comprender por qué la materia y los materiales son como son, y en particular cómo las nuevas y fascinantes propiedades de los materiales pueden adaptarse al siglo XXI y posibilitar nuevas tecnologías, la física cuántica vuelve a desempe?ar un papel crucial.
En nuestra investigación, trabajamos, por un lado, con materiales ultrafinos compuestos por unas pocas capas atómicas, que pueden imaginarse apiladas como piezas de Lego. La corriente eléctrica en estos materiales cuánticos está dominada por efectos cuánticos, y calculamos cómo aprovecharlos inteligentemente en futuros componentes electrónicos. Además, estudiamos el control cuántico, es decir, cómo estabilizar, conmutar y controlar objetos mecánicos cuánticos, también en relación con las operaciones en futuros dispositivos de computación cuántica.
Por lo tanto, para mí, como físico de la materia condensada, la física cuántica es nuestro sustento diario: en mis clases y en mi investigación, en las discusiones diarias con mis colegas y miembros del grupo. En cierto sentido, los físicos cuánticos operamos en una esfera híbrida: el mundo cuántico, con sus fenómenos contraintuitivos, y el mundo clásico y ordinario de nuestro entorno.
La Crónica de la ONU quiere agradecer al Profesor Dr. Richter por compartir sus conocimientos expertos sobre la ciencia cuántica y su creciente importancia global.
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