Societat 04/10/2022

Què és la tecnologia quàntica i per què ha guanyat el Nobel de física?

Aspect, Clauser i Zeilinger, guardonats per la contribució teòrica a l’ordinador quàntic, la comunicació encriptada i la teleportació

4 min
Els tres guardonats pel Nobel de física per l'Acadèmia sueca

BarcelonaLa mecànica quàntica té un gran potencial tecnològic, que podria ser disruptiu, fonamentat en la capacitat d'entrellaçar partícules atòmiques carregades, ions o fins i tot fotons, les partícules de la llum. Aquest entrellaçament només funciona a escala subatòmica, on les lleis clàssiques de la física deixen de ser vàlides, però permet connectar dues partícules separades de manera que si canvia l'estat d'una, també canviï el de l'altra al mateix instant. El repte és fins a quin punt es poden crear i controlar aquestes partícules entrellaçades que podrien revolucionar la informàtica tal com la coneixem, amb ordinadors quàntics, i els sistemes de transmissió de dades.

Quan s’aconsegueix entrellaçar aquestes partícules entre si, els zeros i uns en què es basa la informàtica passen a ser quants, unitats bàsiques d’informació que poden viatjar per circuits electrònics, fibra òptica o materials més sofisticats, a una velocitat molt més alta que les convencionals. Els ordinadors i simuladors quàntics, paquets d’informació encriptada o fins i tot la teleportació són les principals aplicacions possibles. Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger han estat reconeguts per l’Acadèmia Sueca de les Ciències amb el premi Nobel per les seves aportacions teòriques en aquest àmbit.

Tots tres investigadors han destacat internacionalment pels seus estudis sobre l’entrellaçament. John Clauser, actualment al sector privat als Estats Units, va saber traslladar un principi matemàtic, la desigualtat de Bell, en una aplicació concreta. L’investigador va demostrar que la mecànica quàntica no es regeix per aquest enunciat, que ve a dir que quan en una equació hi ha moltes variables desconegudes mai se superarà un valor determinat. Aspect, des de la Universitat París-Saclay, va completar la teoria definint una cosa semblant a la configuració del sistema. Va demostrar que quan s’emet un parell entrellaçat de partícules el seu estat no canvia encara que ho faci la configuració del receptor o de l'emissor.

Thors Hans Hansson explicant les investigacions premiades pel Nobel de física del 2022 durant l'acte de proclamació dels guardonats.

Per la seva banda, Anton Zeilinger, de la Universitat de Viena, va ser pioner en l’ús d’estats quàntics entrellaçats. El seu grup de recerca ha demostrat que la teleportació quàntica, que permet transportar un estat quàntic d’una partícula a una altra a distància, és possible sense que canviï ni l’estat ni la configuració.

La suma dels principis establerts pels tres físics defineixen la base teòrica que ha permès el desenvolupament dels ordinadors quàntics. Durant anys s’ha intentat ampliar el nombre de parells de partícules entrellaçades, el que es coneix com a qubits. Després d’un temps d’estancament, l’arribada de Google al sector va permetre establir el que es coneix com a supremacia quàntica. En essència, ve a dir que l’ordinador quàntic desenvolupat pel gegant de les telecomunicacions és capaç de fer un càlcul complex molt més ràpid que cap superordinador.

Errors de càlcul

La màquina de Google supera els 50 qubits, quantitat més que suficient per reduir a hores o dies càlculs que el més potent dels superordinadors pot trigar setmanes a fer. El problema és que encara es generen errors de càlcul per la dificultat de trobar una arquitectura de qubits adequada. Així mateix, i en paral·lel a la manera com ha evolucionat la informàtica convencional, cal definir aplicacions i programari per resoldre problemes complexos per a aquest nou tipus de computació. L’entrada en escena de Microsoft i IBM està accelerant el procés.

La teleportació, malgrat l’interès de governs i grans corporacions, té un desenvolupament més lent. Ja s’ha demostrat que és possible induir un canvi d’estat quàntic a quilòmetres de distància. Ara el que es vol és que aquest canvi d’estat incorpori informació, previsiblement amb partícules de llum, els fotons. Serveis militars d’intel·ligència, la gran banca o grans corporacions són els que més empenyen en aquest sentit. Comerç electrònic, internet segur, transaccions comercials o transmissió de missatges encriptats són algunes de les aplicacions probables.

"Content i sorprès"

En l'acte d'anunci dels guardonats, Anton Zeilinger s'ha mostrat "content i sorprès" per la trucada que aquest dimarts al matí ha rebut del secretari del comitè de l'Acadèmia Sueca per comunicar-li que era un dels premiats en aquesta edició. En les 116 edicions del Nobel en què s'ha atorgat el premi de física, que ha estat declarat desert en sis ocasions, han sigut distingides 218 persones, una d'elles el nord-americà John Bardeen, guardonat dues vegades (1956 i 1972). Com en tots els premis científics, el predomini nord-americà en física és clar: gairebé el 44% dels guanyadors tenen aquesta nacionalitat, davant dels alemanys (28) i els britànics (25).

L'any passat el guardó va recaure en Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi , considerats els pares de la teoria dels sistemes complexos. El lliurament de tots els premis es farà en una cerimònia solemne el 10 de desembre, coincidint amb l'aniversari de la mort d'Alfred Nobel, a la Sala de Concerts d'Estocolm, tret del guardó de la pau, que com cada any es lliura a la capital noruega, Oslo.

stats