Las tecnologías cuánticas en la industria y su contexto

Lo que era algo conocido por ingenieros y científicos en sus respectivos campos desde hace décadas, se ha convertido ya en un elemento popular. Cuando se añade el adjetivo “cuántico” a cualquier producto o tecnología, parece que nos referimos a algo avanzado, casi mágico, que permite superar los límites de la imaginación.

Este paradigma cuántico se une a otros, entre los que destaca la inteligencia artificial. Sin embargo, a diferencia de la inteligencia artificial, todavía existe un gran desconocimiento de lo que realmente significa y qué implicaciones prácticas tiene en el presente y futuro cercano, al tratarse de un concepto más transversal y consecuentemente más vago.

Más allá de ser un reclamo comercial, lo cierto es que, efectivamente, las tecnologías cuánticas explotan propiedades que pueden resultar contraintuitivas en algunos casos, creando nuevas funcionalidades, pero también y de forma más práctica, mejorando las prestaciones de sistemas preexistentes.

La naturaleza cuántica se refleja de forma característica en la discretización de magnitudes físicas, la imposibilidad de describir simultáneamente con precisión ciertas propiedades, la posibilidad de que partículas puedan existir en una superposición de estados, así como en fenómenos como la interferencia y el entrelazamiento, que exhiben particularidades en relación con lo que conocemos de forma más intuitiva en el mundo “macroscópico”.

Lo cierto es que la teoría cuántica permite describir el comportamiento elemental de las interacciones físicas y los constituyentes de la materia. Por tanto, su uso es necesario para entender cualquier desarrollo tecnológico a escalas donde empieza a dominar el comportamiento granular de la materia y la energía.

Teniendo en cuenta lo anterior, los efectos cuánticos suponen una realidad ineludible cuando se miniaturiza suficientemente la escala del sistema en alguna o todas sus dimensiones, y, por otra parte, añaden nuevas vías para mejorar las propiedades del mismo.

La microelectrónica es el ejemplo más claro de la miniaturización, donde la reducción en el tamaño de las estructuras usadas para definir los transistores conlleva limitaciones de carácter cuántico, como es el caso de la dificultad para aislar la puerta del canal por la existencia del efecto túnel cuántico, que permite a los electrones atravesar la barrera impuesta por el óxido.

Esto hace que sea necesario desarrollar nuevas aproximaciones para continuar con el proceso de mejora continua iniciado ya hace varias décadas en este ámbito. Sin embargo, el propio efecto túnel se puede aprovechar de forma beneficiosa para crear memorias de estado sólido. Al mismo tiempo, muchos componentes, como emisores de luz, principalmente láseres, superconductores o transistores de microondas, emplean conceptos cuánticos para funcionar o mejorar sus prestaciones.

Y, debido a la mayor capacidad de manipular estados individuales y a los avances en la fabricación a escala nanométrica, es posible explotar las propiedades cuánticas más intrínsecas para procesar y transmitir información. Este último ámbito de aplicación engloba, en realidad, cuatro familias de productos en las áreas de computación, comunicaciones, sensores y simuladores.

Su importancia es tal que, de hecho, las tecnologías cuánticas se suelen identificar con este grupo de productos, aunque, como hemos visto, no sea una clasificación precisa. La “ventaja cuántica” es hasta la fecha potencial, ya que, a pesar de existir numerosas demostraciones, la implementación práctica es limitada y el alcance todavía es desconocido.

Las comunicaciones: el ámbito más práctico

En el campo en el que se han producido avances de carácter más práctico, ha sido en las comunicaciones, donde se llevan realizando sistemas de distribución de claves seguros desde hace más de dos décadas, si bien las aproximaciones que se han seguido no siempre buscan una implementación práctica. La computación, por su parte, es el área que despierta más interés porque altera el paradigma convencional, en el cual el elemento básico de información pasa de ser un elemento lógico binario a un elemento físico, el cúbit, que permite almacenar y operar con múltiples estados de forma simultánea.

Aquí, la fragilidad de los estados cuánticos supone un desafío tecnológico que se está abordando para hacer que los sistemas operen libres de errores y sean escalables. Lo cierto es que, aunque sea una cuestión de tiempo que las soluciones cuánticas acaben teniendo un nicho propio consolidado en las áreas de comunicaciones, computación y sensores, no es posible definir una tecnología preeminente, lo que alimenta la aparición de nuevas iniciativas.

La transición tecnológica está siendo impulsada por el sector público en Europa, tanto en el ámbito fundamental, como en el aplicado, a través de programas de financiación, que cada vez son más específicos, y de iniciativas como las infraestructuras europeas de computación, EuroHPC, y comunicaciones, EuroQCI, con los objetivos de industrializar las tecnologías cuánticas, reduciendo el riesgo de la adopción de dichas tecnologías todavía en estado incipiente, y de garantizar una soberanía propia en este ámbito.

Más concretamente, la inversión pública de la Comisión Europea y los estados miembros ha alcanzado la cifra de 11.000 millones de euros en los últimos cinco años, existiendo dinámicas similares en el resto de potencias tecnológicas. Sin embargo, conviene incluir de forma separada las inversiones privadas que destinan las grandes empresas tecnológicas de Estados Unidos, por ser más ágiles y enfocadas a los intereses del mercado. Además, se observa que la mayor parte de la inversión en tecnologías cuánticas se ha concentrado en el desarrollo de computación cuántica, llegando aproximadamente al 80% del total en 2024, así como un tipo de aportación mixta público-privada de carácter creciente y difusa.

El apoyo financiero se ha visto acompañado de un incremento regulatorio y de una mayor carga burocrática en la Unión Europea que perjudica especialmente a las empresas innovadoras de menor tamaño y que genera un conjunto de actividades no relacionadas con la investigación y desarrollo ni con la industria. Este factor, unido a la elevada competencia, dificulta el acceso a los fondos públicos. En este sentido, es conveniente mencionar que la financiación pública de tecnologías disruptivas es un factor necesario en la configuración actual tanto de la sociedad como de la geopolítica, ya que no existe neutralidad de mercado a escala global, y las consecuencias de perder la capacidad que éstas puedan ofrecer pueden ser catastróficas a largo plazo.

Por otra parte, los programas de investigación dirigidos penalizan desarrollos más innovadores o separados de la ortodoxia tecnológica. Así, por ejemplo, a veces se introducen objetivos finalistas no esenciales en las temáticas que circunscriben la aplicabilidad de los desarrollos e incluso se llega a restringir el tipo de tecnología o solución.

Financiación para crear soluciones competitivas

En su conjunto, el apoyo financiero para conseguir una industrialización efectiva debería centrarse más en garantizar que existan soluciones competitivas en todos los segmentos de la cadena de valor para las líneas de productos que se consideren críticas, dejando la elección de los medios tecnológicos abiertas a los participantes y favoreciendo también la implementación de alternativas complementarias que disminuyan la vulnerabilidad por dependencia de unos pocos proveedores. En relación con el formato, sería más apropiado buscar una simplificación de los procesos administrativos y garantizar la concurrencia efectiva de los distintos actores en las convocatorias.

Particularizando a la industria relacionada con las tecnologías cuánticas, cabe destacar que la cadena de valor incluye desde las tecnologías auxiliares, como la criogenia o la instrumentación de medida, que hacen posible la integración de los sistemas de computación o comunicaciones, hasta la algoritmia, pasando por tecnologías críticas como los semiconductores. La posición del sector español es intermedia, centrada en desarrollos tecnológicos vinculados con la investigación, pero con intención aplicada.

Sin embargo, carece de recursos para crear un ecosistema que permita una sostenibilidad independiente. La principal carencia se encuentra precisamente en la falta de medios tecnológicos propios de fabricación y de suministros básicos. Aunque existen algunos proyectos en marcha para paliar alguna de las carencias, son insuficientes, ya que no abordan de forma integral la problemática. Por otra parte, ha existido mucho esfuerzo en incrementar la oferta de profesionales en las áreas tecnológicas.

No obstante, el principal motor del desarrollo es la existencia de una demanda, que debe crearse por la existencia de un tejido industrial sólido, que, a su vez, es el que es capaz de generar la oferta por necesidad y es el verdadero elemento tractor que permite rentabilizar las inversiones.

Las tecnologías cuánticas suponen una gran oportunidad para reengancharse a la tecnología que está por venir. Estas tecnologías destacan principalmente por su aplicabilidad al tratamiento de la información en sentido amplio, aunque su alcance abarca otras áreas de importancia capital como la energía. La industria, especialmente, la asociada a los sectores de la información y las comunicaciones, debería ser consciente de su importancia, y el sector público debería ser un elemento de apoyo para corregir los fallos de mercado, sin influir en las soluciones adoptadas.

***Carlos Rivera de Lucas es CEO de WAPTEL.