La tecnología cuántica, un ámbito en crecimiento dentro de la física y la ingeniería, contiene diferentes tecnologías que se fundamentan en las características de la mecánica cuántica, sobre la cual abarca fenómenos como el entrelazamiento, la superposición y la tunelización cuántica. Ejemplos de avances en este campo incluyen la computación cuántica, sensores, criptografía, simulación, medición y generación de imágenes. Estas tecnologías emergentes tienen un impacto significativo en diversos campos, como la exploración espacial. miniaturadeimagen|Puntos cuánticos coloidales irradiados con luz ultravioleta. Los puntos cuánticos de diferentes tamaños emiten luz de diferentes colores debido al confinamiento cuántico.
Historia El campo de la tecnología cuántica se describió por primera vez en un libro de 1997 de Gerard J. Milburn,Schrödinger's Machines, G.J.Milburn, W H Freeman & Co. (1997) al que siguió un artículo de 2003 de Jonathan P. Dowling y Gerard J. Milburn,"Quantum Technology: The Second Quantum Revolution ,"J.P.Dowling and G.J.Milburn, Phil. Trans. R. Soc. A 361, 3655 (2003)"Quantum Technology: The Second Quantum Revolution," J.P.Dowling and G.J.Milburn, arXiv:quant-ph/0206091v1 así como un Artículo de 2003 de David Deutsch."Physics, Philosophy, and Quantum Technology," D.Deutsch in the Proceedings of the Sixth International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing, Shapiro, J.H. and Hirota, O., Eds. (Rinton Press, Princeton, NJ. 2003)
Muchos dispositivos ya disponibles dependen fundamentalmente de los efectos de la mecánica cuántica. Estos incluyen sistemas láser, transistores y dispositivos semiconductores, así como otros dispositivos como reproductores de imágenes MRI. El Laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Defensa del Reino Unido (DSTL) agrupó estos dispositivos como 'quantum 1.0' para diferenciarlos de lo que denominó 'quantum 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.J. Pritchard and S. Till. "UK Quantum Technology Landscape 2014"
Comunicaciones seguras La comunicación segura cuántica es un método que se espera que sea 'seguro cuántico' con la llegada de los sistemas informáticos cuánticos que podrían romper los sistemas criptográficos actuales utilizando métodos como el algoritmo de Shor. Estos métodos incluyen la distribución de clave cuántica (QKD), un método de transmisión de información utilizando luz entrelazada de una manera que hace que cualquier intercepción de la transmisión sea obvia para el usuario. Otro método es el generador de números aleatorios cuánticos, que es capaz de producir números verdaderamente aleatorios a diferencia de los algoritmos no cuánticos que simplemente imitan la aleatoriedad.
Informática
Se espera que las computadoras cuánticas tengan una serie de usos importantes en campos informáticos como la optimización y el aprendizaje automático. Quizás sean más conocidos por su capacidad esperada para llevar a cabo el algoritmo de Shor, que se puede utilizar para factorizar grandes números y es un proceso importante en la seguridad de las transmisiones de datos.
Simuladores cuánticos
Los simuladores cuánticos son tipos de computadoras cuánticas que se usan para simular un sistema del mundo real y se pueden usar para simular compuestos químicos o resolver problemas de física de alta energía. Los simuladores cuánticos son más simples de construir que las computadoras cuánticas de propósito general porque no es necesario un control total sobre cada componente. Los simuladores cuánticos actuales en desarrollo incluyen átomos ultrafríos en redes ópticas, iones atrapados, conjuntos de cúbits superconductores y otros.
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, así como áreas de investigación geofísicas como la ingeniería civil y la sismología.
Metas futuras En el ámbito de la tecnología cuántica estamos en los primeros dos años de su vida. Para cada sección individual de la tecnología cuántica, como computadoras cuánticas, simuladores, comunicaciones, sensores y metrología, hay mucho margen de mejora según lo cuántico en pocas palabras. En los próximos dos años, las computadoras cuánticas esperan procesar 50 cúbits, así como demostrar la aceleración cuántica y superar a las computadoras clásicas. Los simuladores cuánticos tienen la capacidad de resolver problemas más allá de la capacidad de una supercomputadora. Para obtener más información, visite Tecnologías cuánticas en pocas palabras. Según el experto en tecnología cuántica Paul Martin, la tecnología cuántica promete mejoras en los dispositivos cotidianos, como la navegación, los sistemas de cronometraje, la seguridad de las comunicaciones, las computadoras y una imagen médica más precisa.
Programas de investigación A partir de 2010, varios gobiernos han establecido programas para explorar las tecnologías cuánticas,Focus on Quantum Science and Technology Initiatives Around the World, Edited by Rob Thew, Thomas Jennewein and Masahide Sasaki, Quantum Science and Technology (2019) como el Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido, que creó cuatro "centros" cuánticos, el Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur y QuTech, una empresa holandesa centro para desarrollar una computadora cuántica topológica.'A little bit, better' The Economist, 18th June 2015 En 2016, la Unión Europea presentó Quantum Technology Flagship, un megaproyecto de 10 años de duración de 1000 millones de euros, similar en tamaño a los proyectos líderes anteriores europeos de tecnologías futuras y emergentes.Alexander Hellemans. Europe Bets €1 Billion on Quantum Tech: A 10-year-long megaproject will go beyond quantum computing and cryptography to advance other emerging technologies". July 2016. IEEE Spectrum.Elizabeth Gibney. "Europe plans giant billion-euro quantum technologies project: Third Unión Europea flagship will be similar in size and ambition to graphene and human brain initiatives." April 2016. Nature. 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. China está construyendo la instalación de investigación cuántica más grande del mundo con una inversión prevista de 76 000 millones de yuanes (aproximadamente 10 000 millones de euros). El gobierno indio también ha invertido 8000 millones de rupias (aprox. US$1.02 mil millones) durante 5 años para impulsar las tecnologías cuánticas bajo su Misión Nacional Cuántica.
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 Santa BárbaraThe man who will build Google's elusive quantum computer; Wired, 09.05.14 han formado asociaciones e inversiones para desarrollar tecnología cuántica. País/grupoNombre del centro/proyectoControl gubernamental (si/no/parcial)Tipo de investigación de tecnología cuánticaFecha de creaciónFinanciamientoAustraliaAustralian Research Council Centres of ExcellenceSiComputación2017US$94 millonesAustraliaDepartment of Defence’s Next Generation Technologies FundSiInteligencia integrada, vigilancia y reconocimiento Capacidades espaciales
Rendimiento humano mejorado
Productos de contramedidas médicas
Ciencias de los materiales multidisciplinares
Tecnologías cuánticas
Sistemas autónomos de confianza
cibernético
Sensores avanzados
Hipersónicos
Capacidad de energía dirigidas2016US$4.5MAustraliaSydney Quantum AcademyParcialEconomía cuántica7 de diciembre de 2020US$15.0MAustraliaSilicon Quantum ComputingParcialComputación cuánticaMayo 2017US$83MCanadáCanadian Space Agency Quantum Encryption and Science SatelliteParcialDistribución de claves cuánticas(QKD)Diciembre 2017CanadáNational Research Council of Canadá’s Security and Disruptive Technologies Research Centre: Quantum Sensors and Security programParcialTecnologías emergentes y disruptivas de mayor alcance2012US$23MCanadáNatural Sciences and Engineering Research Council/UK Research and InnovationParcialDesarrollo de tecnología cuánticaUS$3.4MCanadáCanadá’s National Quantum StrategyParcialLa estrategia guiará las inversiones en torno a tres pilares: investigación cuántica, talento y comercialización, hacia el logro de tres misiones clave, en computadoras y software cuánticos, comunicaciones y sensores.2023US$267MChinaChinese Academy of Sciences Center for Excellence in Quantum Information and Quantum PhysicsSiGeneralMayo 2015US$10.0BChinaProyecto Quantum Experiments at Space Scale (QUESS) (el satélite Micius)SiDistribución de claves cuánticasMayo 2015ChinaBeijing–Shanghai Quantum Secure Communication BackboneSiInformación y comunicación cuánticaMayo 2015ChinaNational Quantum LaboratorySiMetrología cuántica y construcción. de una computadora cuánticaMayo 2015 (inaugurado en 2020)Unión EuropeaQuantum Technologies Flagship programSiComputación cuántica Simulador cuántico
Comunicación cuántica