En conmemoraci¨®n del A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas (IYQ, por sus siglas en ingl¨¦s) 2025, la Cr¨®nica de la ONU plante¨® una serie de preguntas al profesor Dr. Klaus Richter, presidente de la Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)/Sociedad Alemana de F¨ªsica, sobre la naturaleza de la f¨ªsica cu¨¢ntica y sus posibles beneficios para la humanidad. La entrevista resultante busca brindar a nuestros lectores informaci¨®n accesible sobre este complejo campo del desarrollo cient¨ªfico y tecnol¨®gico.
Entrevista
El A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas busca ampliar la comprensi¨®n p¨²blica de las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas, incluyendo su potencial transformador. Para nuestros lectores, ?podr¨ªa explicar qu¨¦ es la mec¨¢nica cu¨¢ntica y por qu¨¦ es importante?
La mec¨¢nica cl¨¢sica describe el mundo macrosc¨®pico que nos rodea, desde el movimiento de los planetas hasta las bolas de billar. Sin embargo, falla en el microcosmos. La mec¨¢nica cu¨¢ntica es el marco te¨®rico que sustenta la f¨ªsica cu¨¢ntica. Cubre este vac¨ªo en las escalas de longitud m¨¢s peque?as y describe el comportamiento y la interacci¨®n de mol¨¦culas, ¨¢tomos e incluso part¨ªculas m¨¢s peque?as que los componen. En la f¨ªsica cl¨¢sica, la energ¨ªa var¨ªa continuamente. En la f¨ªsica cu¨¢ntica, por otro lado, la energ¨ªa se limita a valores discretos y crece gradualmente. Por lo tanto, la energ¨ªa es un m¨²ltiplo de las ¡°porciones de energ¨ªa¡± m¨¢s peque?as: los cuantos.
La mec¨¢nica cu¨¢ntica ha completado de forma impresionante nuestra visi¨®n del mundo y nos ha hecho accesible el cosmos atomizado: lo que comenz¨® como una teor¨ªa vaga en 1925 nos permite comprender la naturaleza: ?Por qu¨¦ brilla el sol? ?Qu¨¦ mantiene unidos a los ¨¢tomos? ?Por qu¨¦ algunas mol¨¦culas contribuyen al calentamiento global y otras no? ?Por qu¨¦ las cosas son magn¨¦ticas? Todas estas experiencias cotidianas solo pueden explicarse mediante la f¨ªsica cu¨¢ntica.
Adem¨¢s, la mec¨¢nica cu¨¢ntica ha impulsado avances t¨¦cnicos revolucionarios y ahora forma parte integral de nuestra vida cotidiana: tomemos como ejemplo los transistores como componentes b¨¢sicos de nuestras tecnolog¨ªas inteligentes, como las computadoras y los tel¨¦fonos celulares; los LED (diodos emisores de luz) como fuentes de luz de bajo consumo; el posicionamiento y la navegaci¨®n (GPS); la nueva definici¨®n del kilogramo; o la resonancia magn¨¦tica como herramienta importante para el diagn¨®stico m¨¦dico. La mec¨¢nica cu¨¢ntica impacta en todas las ¨¢reas de nuestra ciencia, tecnolog¨ªa, cultura y arte.
Ha se?alado que, tras 100 a?os de ¨¦xito en f¨ªsica cu¨¢ntica, podr¨ªamos estar en el umbral de una segunda revoluci¨®n cu¨¢ntica. ?Cu¨¢les cree que ser¨¢n los pr¨®ximos grandes impactos en nuestras vidas debido al progreso de la ciencia y la tecnolog¨ªa cu¨¢nticas?
La ¡°primera revoluci¨®n cu¨¢ntica¡±, basada en los cuantos de energ¨ªa y la naturaleza ondulatoria de las part¨ªculas cu¨¢nticas, comenz¨® a mediados del siglo XX. La ¡°segunda revoluci¨®n cu¨¢ntica¡± comenz¨® a principios del siglo XXI. Se basa en la creciente capacidad de controlar por completo el comportamiento cu¨¢ntico de los constituyentes elementales, como los fotones o los ¨¢tomos. Estos logros podr¨ªan sentar las bases de nuestra concepci¨®n de la computaci¨®n, la medici¨®n y la informaci¨®n en el futuro. Algunos productos de la tecnolog¨ªa cu¨¢ntica, como los relojes at¨®micos, ya est¨¢n en funcionamiento; otros, como la computaci¨®n cu¨¢ntica, pasar¨¢n de la investigaci¨®n a las primeras aplicaciones comerciales. Con nuevos algoritmos cu¨¢nticos, las computadoras cu¨¢nticas podr¨ªan, alg¨²n d¨ªa, abordar nuevos problemas de gran complejidad. Los sofisticados m¨¦todos de entrelazamiento, otro sello distintivo de la ¡°segunda revoluci¨®n cu¨¢ntica¡±, podr¨ªan dar lugar a una tecnolog¨ªa de sensores completamente nueva.
Creo que la creatividad en el campo de las aplicaciones cu¨¢nticas es ilimitada. Es de suponer que las futuras tecnolog¨ªas cu¨¢nticas volver¨¢n a influir con fuerza en nuestro mundo. Pero simplemente desconocemos cu¨¢ndo ni de qu¨¦ forma ocurrir¨¢ esto en un futuro lejano. En este sentido, el desarrollo evolutivo de las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas durante los ¨²ltimos 100 a?os puede darnos una pista: en la d¨¦cada de 1950, avances como el l¨¢ser o la manipulaci¨®n de ¨¢tomos individuales simplemente no se anticiparon. Deber¨ªamos tener la fantas¨ªa de esperar lo inesperado en nuestro futuro remoto.
Cada d¨ªa, experimentamos un r¨¢pido desarrollo y aplicaci¨®n de big data y sistemas de inteligencia artificial (IA). ?Hasta qu¨¦ punto estos sistemas est¨¢n siendo moldeados por la ciencia y la tecnolog¨ªa cu¨¢nticas, y cu¨¢les considera usted que son los riesgos y las oportunidades de la f¨ªsica cu¨¢ntica en la IA (y viceversa)?
Los r¨¢pidos y revolucionarios desarrollos globales en aplicaciones de big data, IA y aprendizaje autom¨¢tico se han visto impulsados, en particular, por los avances en computaci¨®n de alto rendimiento durante la ¨²ltima d¨¦cada. Los procesadores y su fabricaci¨®n se basan en tecnolog¨ªa cu¨¢ntica de vanguardia, que utiliza materiales semiconductores y l¨¢seres ultravioletas extremos (XUV). Por lo tanto, el auge de la IA ser¨ªa simplemente imposible sin la mec¨¢nica cu¨¢ntica.
Las bases de la IA se sentaron en la f¨ªsica, y el big data fue un tema de estudio en la f¨ªsica de part¨ªculas, por ejemplo, mucho antes de que adquiriera la relevancia general que tiene hoy. Hoy en d¨ªa, por el contrario, los m¨¦todos de aprendizaje autom¨¢tico se utilizan cada d¨ªa m¨¢s en la investigaci¨®n y el desarrollo f¨ªsicos y, por consiguiente, tambi¨¦n para el desarrollo de nuevas tecnolog¨ªas cu¨¢nticas.
Observamos c¨®mo los m¨¦todos de IA, f¨ªsica y computaci¨®n cu¨¢nticas se entrelazan cada vez m¨¢s. Por ejemplo, existen ¨¢reas de investigaci¨®n como el aprendizaje autom¨¢tico inspirado en la f¨ªsica y el aprendizaje autom¨¢tico cu¨¢ntico, la integraci¨®n de algoritmos cu¨¢nticos en programas de aprendizaje autom¨¢tico. La interrelaci¨®n de estos dos m¨¦todos en r¨¢pido desarrollo ¡ªalgoritmos cu¨¢nticos e IA¡ª ofrece, sin lugar a duda, sinergias inimaginables. Sin embargo, la velocidad con la que esto ocurre tambi¨¦n conlleva riesgos potenciales.
Como presidente de la Sociedad Alemana de F¨ªsica (DPG), socio fundador del IYQ, ?c¨®mo ve el legado de los ¨²ltimos 100 a?os de ciencia cu¨¢ntica en su labor de apoyo a los objetivos del A?o Internacional?
Hace cien a?os, Gotinga, Alemania, desempe?¨® un papel fundamental en la creaci¨®n de la f¨ªsica cu¨¢ntica tal como la conocemos hoy. En 1925, se formularon all¨ª por primera vez las leyes fundamentales de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. Por lo tanto, en vista de lo sucedido en Gotinga, el A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas cobra especial relevancia para la comunidad f¨ªsica alemana. En DPG, hemos dedicado todo el a?o 2025 a la f¨ªsica cu¨¢ntica Celebramos sus ¨¦xitos, pero, en particular, nos centraremos en las perspectivas futuras de la mec¨¢nica cu¨¢ntica.
Para ello, DPG ofrece a lo largo del a?o un completo programa de divulgaci¨®n que comprende cinco l¨ªneas tem¨¢ticas: ( i ) f¨ªsica cu¨¢ntica en la investigaci¨®n y tecnolog¨ªas cu¨¢nticas; (ii) los cuantos en la escuela, jugando con los cuantos: las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas modernas pueden dar un nuevo impulso a la ense?anza con el fin de aumentar la conciencia p¨²blica y una educaci¨®n amplia en las ciencias naturales en su conjunto; (iii) los cuantos en la m¨²sica, en la filosof¨ªa, 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 cu¨¢ntico moderno y m¨¢s all¨¢.
La teor¨ªa cu¨¢ntica 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 cu¨¢ntica y aboga por la promoci¨®n eficaz de una investigaci¨®n s¨®lida y libre sobre los fundamentos de la f¨ªsica cu¨¢ntica. Al mismo tiempo, y como parte del legado de los ¨²ltimos 100 a?os, la ciencia est¨¢ llamada a acompa?ar los nuevos avances en las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas de forma responsable y en beneficio de la humanidad, y a considerar cuidadosamente sus posibles impactos sociales. Esto tambi¨¦n incluye la transparencia e informar a la sociedad sobre las oportunidades, pero tambi¨¦n sobre los riesgos potenciales. Hist¨®ricamente, y acentuado por la situaci¨®n global actual, el potencial estrat¨¦gico de las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas para la seguridad es evidente.
Ha se?alado que la f¨ªsica desempe?a un papel fundamental en la necesaria transformaci¨®n hacia un suministro energ¨¦tico seguro y libre de combustibles f¨®siles. ?Cu¨¢les son sus esperanzas y expectativas respecto al potencial de la ciencia y la tecnolog¨ªa cu¨¢nticas para ayudar a resolver la crisis clim¨¢tica?
En cuanto a los principales desaf¨ªos globales de nuestro tiempo en lo que respecta a la situaci¨®n actual, el cambio clim¨¢tico acelerado es sin duda una de las preocupaciones primarias. Para mitigar el cambio clim¨¢tico, la f¨ªsica desempe?a y seguir¨¢ desempe?ando un papel clave en la necesaria transformaci¨®n del suministro de energ¨ªa hacia la desfosilizaci¨®n. En este sentido, la energ¨ªa fotovoltaica es un ejemplo destacado de f¨ªsica cu¨¢ntica aplicada y tiene el potencial de abordar la crisis clim¨¢tica r¨¢pidamente, ya que el problema es urgente. Seg¨²n lo previsto por la Agencia Internacional de la Energ¨ªa, la tasa de crecimiento de la energ¨ªa fotovoltaica durante la pr¨®xima d¨¦cada superar¨¢ con creces a la de todas las dem¨¢s fuentes de suministro de energ¨ªa el¨¦ctrica. Y la energ¨ªa fotovoltaica no se basa ¨²nicamente en el efecto fotoel¨¦ctrico de Einstein, descubierto hace m¨¢s de 100 a?os: los paneles solares de alta tecnolog¨ªa actuales incorporan muchas m¨¢s facetas de la tecnolog¨ªa cu¨¢ntica y de semiconductores. Sin embargo, tambi¨¦n es necesario seguir investigando y desarrollando sistemas de almacenamiento de energ¨ªa y redes el¨¦ctricas (inteligentes) para una transformaci¨®n r¨¢pida y a gran escala hacia las energ¨ªas renovables y una gesti¨®n energ¨¦tica sostenible.
Adem¨¢s, si bien es importante que las tecnolog¨ªas mencionadas se sigan desarrollando a toda velocidad, tambi¨¦n hay que tener presente la perspectiva a largo plazo.
Esto incluye tecnolog¨ªas basadas en la f¨ªsica cu¨¢ntica para la generaci¨®n de energ¨ªa casi libre de f¨®siles, como la fusi¨®n nuclear. Dado que el horizonte temporal para la producci¨®n comercial de electricidad a gran escala se estima actualmente en varias d¨¦cadas, las tecnolog¨ªas de fusi¨®n nuclear a¨²n no est¨¢n disponibles para abordar la urgente necesidad de limitar el calentamiento global. Sin embargo, se debe seguir promoviendo y apoyando la investigaci¨®n y el desarrollo de la fusi¨®n como una opci¨®n a largo plazo.
Los eventos del A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas se celebran en todo el mundo, facilitando el di¨¢logo cient¨ªfico transfronterizo e inspirando a los j¨®venes a contribuir a otro siglo cu¨¢ntico. ?Cu¨¢l es su opini¨®n sobre el valor del multilateralismo para garantizar la continuidad del conocimiento global y la inversi¨®n en la ciencia cu¨¢ntica y otras ciencias?
Estoy firmemente convencido de que en un mundo caracterizado globalmente por tendencias a la fragmentaci¨®n dentro y entre las sociedades, la creaci¨®n de redes multilaterales en el seno de la comunidad cient¨ªfica internacional es m¨¢s importante que nunca.
Por un lado, la ciencia cu¨¢ntica, con sus fascinantes posibilidades y su impulso globalmente perceptible, ofrece actualmente las condiciones perfectas para una red global m¨¢s s¨®lida. En este sentido, los diversos eventos iniciados y orquestados por el IYQ sin duda tienen un efecto de construcci¨®n de identidad.
Durante el A?o Internacional de la Ciencia y la Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas, DPG organiza una serie de eventos destacados destinados al intercambio internacional en ciencia cu¨¢ntica. Por ejemplo, Ghana fue el pa¨ªs invitado con un simposio destacado en nuestra Reuni¨®n Anual de DPG en marzo. Adem¨¢s, este oto?o organizamos otra gran conferencia internacional en Gotinga, cuna de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, que aborda las facetas de la f¨ªsica cu¨¢ntica en toda su amplitud. Por cierto, a finales de junio, mi colega Thomas Konrad (Universidad de KwaZulu-Natal, Durban, Sud¨¢frica), con el apoyo de varios colegas del ¨¢mbito de DPG, organiza una conferencia titulada ¡°Ciencia y Tecnolog¨ªa Cu¨¢nticas en ?frica¡±, cuyo objetivo es el desarrollo de una red cu¨¢ntica panafricana.
Por otro lado, el r¨¢pido desarrollo de las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas tambi¨¦n conlleva el riesgo de nuevas dependencias globales. Cuando hablamos de soberan¨ªa digital, esto sin duda tambi¨¦n deber¨ªa aplicarse a las tecnolog¨ªas cu¨¢nticas.
?C¨®mo es ser un f¨ªsico de materia condensada? ?C¨®mo influye tu trabajo en tu forma de ver y moverte por el mundo? ?En qu¨¦ est¨¢s trabajando o planeando investigar?
Entre los dos extremos f¨ªsicos, el microcosmos de las part¨ªculas elementales y el macrocosmos de la astrof¨ªsica, 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 qu¨¦ la materia y los materiales son como son, y en particular c¨®mo las nuevas y fascinantes propiedades de los materiales pueden adaptarse al siglo XXI y posibilitar nuevas tecnolog¨ªas, la f¨ªsica cu¨¢ntica vuelve a desempe?ar un papel crucial.
En nuestra investigaci¨®n, trabajamos, por un lado, con materiales ultrafinos compuestos por unas pocas capas at¨®micas, que pueden imaginarse apiladas como piezas de Lego. La corriente el¨¦ctrica en estos materiales cu¨¢nticos est¨¢ dominada por efectos cu¨¢nticos, y calculamos c¨®mo aprovecharlos inteligentemente en futuros componentes electr¨®nicos. Adem¨¢s, estudiamos el control cu¨¢ntico, es decir, c¨®mo estabilizar, conmutar y controlar objetos mec¨¢nicos cu¨¢nticos, tambi¨¦n en relaci¨®n con las operaciones en futuros dispositivos de computaci¨®n cu¨¢ntica.
Por lo tanto, para m¨ª, como f¨ªsico de la materia condensada, la f¨ªsica cu¨¢ntica es nuestro sustento diario: en mis clases y en mi investigaci¨®n, en las discusiones diarias con mis colegas y miembros del grupo. En cierto sentido, los f¨ªsicos cu¨¢nticos operamos en una esfera h¨ªbrida: el mundo cu¨¢ntico, con sus fen¨®menos contraintuitivos, y el mundo cl¨¢sico y ordinario de nuestro entorno.
La Cr¨®nica de la ONU quiere agradecer al Profesor Dr. Richter por compartir sus conocimientos expertos sobre la ciencia cu¨¢ntica y su creciente importancia global.
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