El globo espía flotando por encima de EE.UU. es solo un ejemplo de la guerra tecnológica del siglo XIX. El Pentágono lleva años buscando nuevas formas de utilizar la física cuántica para hacer la guerra, ya sea desarrollando computadoras más poderosas, respaldando el GPS, fortaleciendo la seguridad de las comunicaciones o creando medios de vigilancia que puedan detectar mejor los submarinos sumergidos y los búnkeres subterráneos. Hay urgencia: China también está invirtiendo fuertemente para promover estas capacidades.
El GPS es un ejemplo. En el caso de un conflicto armado entre EE UU y China, una de las primeras cosas que ambas partes apuntarían sería el sistema de posicionamiento global del otro país. Imagina el caos en el suelo y la confusión en el cielo sin él.
Los investigadores están desarrollando sistemas de navegación mejorados cuánticamente que permitirían a los barcos y aeronaves mantener el rumbo en caso de una interrupción del GPS, así como guiar los misiles a sus objetivos con mayor precisión. Parte de eso implica crear relojes atómicos más precisos, ya que el GPS es, en el fondo, un sistema de cronometraje: calcula la diferencia de tiempo entre los satélites y los receptores en tierra. La tecnología estará lista dentro de cinco años, explica Michael Hayduk, subdirector del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.
“Esto cambiará el mundo de forma bastante notable, y hay que esperar demasiado”, añade William Clark, físico y vicepresidente de Infleqtion, una startup que es una de las líderes en el campo.
En su carrera tecnológica con China, el Pentágono ha aumentado el gasto en investigación y desarrollo en muchas áreas, incluidas las ciencias cuánticas. Las agencias gubernamentales tenían 918 millones de dólares para gastar en I + D cuántico en el año fiscal 2022, frente a 449 millones de dólares en 2019, con el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa y la Oficina de Investigación Naval entre los principales financiadores. Sus contribuciones se han complementado con cantidades crecientes de capital de riesgo. Las nuevas empresas cuánticas de EE UU absorbieron 870 millones de dólares en fondos en 2022, según Pitchbook, casi el doble que en 2020.
La mayor parte del enfoque ha estado en el desarrollo de computadoras cuánticas. Mientras que la computación clásica se basa en «bits» que son uno o cero, la computación cuántica usa partículas subatómicas como «qubits». Debido al fenómeno cuántico de superposición, los qubits pueden ser uno y cero al mismo tiempo, o proporciones intermedias, lo que podría permitir su uso para resolver rápidamente problemas complejos que están fuera del alcance de las máquinas actuales.
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Las computadoras cuánticas útiles pueden tardar una década o más, pero parte de la investigación subyacente sobre el control de átomos y fotones individuales está a punto de ser utilizada para fabricar sensores más precisos, incluidos los que rastrean el movimiento, como acelerómetros y giroscopios, como así como dispositivos que detectan pequeños cambios en la fuerza de gravedad y campos magnéticos.
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Los informes de 2017 sobre un avance chino en la magnetometría cuántica generaron especulaciones de que podría desplegar una red de dispositivos aerotransportados para detectar submarinos submarinos a millas de distancia. Muchos expertos son escépticos, pero a largo plazo se espera que los gravímetros y magnetómetros cuánticos puedan mapear con mayor precisión características subterráneas como depósitos de petróleo y minerales, niveles freáticos, búnkeres y túneles.
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Criptografía
La amenaza de los avances de China en la computación cuántica ya está teniendo un impacto en la ciberseguridad. Los expertos en seguridad nacional dicen que China y otros países hostiles están recopilando comunicaciones encriptadas y otros datos confidenciales de EE UU y almacenándolos hasta el día en que las computadoras cuánticas sean lo suficientemente poderosas como para descifrar su encriptación.
El año pasado, la Administración y el Congreso de Biden tomaron medidas para impulsar a las agencias gubernamentales a realizar la transición a nuevos métodos criptográficos «poscuánticos» que se cree que son inexpugnables para las computadoras cuánticas.
China está tomando un rumbo diferente y más costoso ante la amenaza del descifrado de códigos cuánticos. El país ha desarrollado redes de miles de millas de cables de fibra óptica que conectan las principales ciudades que distribuyen claves cuánticas aleatorias a través de fotones para asegurar las comunicaciones. Debido a la naturaleza de la mecánica cuántica, se cree que cualquier intento de espiar dicha red alteraría los fotones, alertando a los usuarios. China también es el primer país en demostrar la distribución de claves cuánticas vía satélite.
Gracias a esos esfuerzos, China se ha adelantado a Estados Unidos en comunicaciones cuánticas, concluyó un estudio de RAND el año pasado. Estados Unidos es líder en computación cuántica, aunque no está claro si alguno tiene una ventaja en la detección, escribieron los investigadores de RAND.
Cronometraje y Navegación
La generación actual de GPS satelital solo puede estimar ubicaciones con una precisión de tres metros. La física cuántica permitiría una mayor precisión.
En los laboratorios, los científicos han desarrollado relojes atómicos del tamaño de una habitación más precisos basados en láseres ópticos que perderían un segundo después de miles de millones de años. Vector Atomic se encuentra entre un puñado de empresas que trabajan en el desarrollo de relojes más pequeños y resistentes para el uso diario en el campo, intercambiando el rendimiento de vanguardia de los avances de laboratorio por confiabilidad y practicidad.
El verano pasado, en los ejercicios navales multinacionales Rim of the Pacific (RIMPAC), la startup con sede en California dijo que mostró relojes ópticos a bordo de un barco en un paquete relativamente compacto de 40 litros que se alejó de la precisión en 10 billonésimas de segundo después de aproximadamente una hora. Los relojes GPS satelitales actuales se desvían mucho después de 20 segundos.
Ese tipo de mejora podría tener una multitud de beneficios. El GPS seguiría siendo preciso con actualizaciones menos frecuentes de los relojes basados en satélites desde tierra. Junto con los satélites de órbita terrestre baja, que acercarían las señales GPS, una sincronización más precisa mejoraría la precisión en centímetros. Eso significaría, por ejemplo, que el GPS podría mantener a los vehículos sin conductor en sus carriles.
Una mejor sincronización también permitiría un uso más eficiente de las redes celulares y otras redes inalámbricas, integrando a más usuarios en un espectro que actualmente se considera altamente congestionado.
Los relojes atómicos portátiles podrían colocarse en aviones o vehículos terrestres. Permitiría a las fuerzas estadounidenses erigir redes GPS locales temporales alrededor de los campos de batalla con señales de comunicación que serían demasiado fuertes para interrumpir, mientras que EE UU bloquean los sistemas de navegación basados en el espacio del enemigo, dice el director ejecutivo de Vector Atomic, Jamil Abo-Shaeer, quien manejó los programas cuánticos en DARPA. de 2010 a 2014.
La compañía, que no ha tomado fondos de riesgo mientras acumula más de 50 millones de dólares en contratos de investigación del gobierno, está trabajando en proyectos con la Marina y DARPA para reducir sus relojes para que sean más pequeños que el equipaje de mano.
También en RIMPAC, Vector Atomic demostró un gravímetro cuántico compacto combinado con un sistema de navegación inercial estándar que promete permitir que los barcos naveguen sin GPS. El dispositivo mide pequeños cambios en la fuerza local de la gravedad debido a variaciones en el terreno submarino. Al comparar las medidas con un mapa gravitacional, el dispositivo pudo corregir la deriva en el sistema de navegación inercial del barco para fijar con precisión la ubicación del barco durante tres semanas de uso, dijo Abo-Shaeer.
La empresa cree que en dos o tres años podrá empezar a comercializar una versión energéticamente eficiente lo suficientemente pequeña como para caber en el maletero de un coche.
Otras empresas están trabajando en sensores de inercia cuántica, incluida Q-CTRL, con sede en Australia, que está planeando una demostración de campo a mediados de 2023 de un sistema de navegación cuántico con su socio Advanced Navigation. Infleqtion, con sede en Colorado, es parte de un proyecto del Reino Unido para desarrollar un sistema de posicionamiento cuántico para vehículos individuales. Un giroscopio cuántico que la compañía está construyendo para la iniciativa se probará en vuelo en 2024.
Comunicaciones
Con fondos de DARPA, Infleqtion, que el año pasado cambió su nombre de ColdQuanta, también está desarrollando receptores de radio cuánticos para reemplazar las antenas parabólicas. Se pueden sintonizar en frecuencias de todo el espectro, desde las bandas HF y UHF utilizadas por las radios tácticas militares hasta la banda K utilizada por la red de banda ancha satelital Starlink de SpaceX. La tecnología permitirá que un dispositivo sustituya lo que hacen hoy diez conjuntos de receptores diferentes, dijo Clark.
Para 2025, la compañía planea demostrar un receptor de bolsillo de seis bandas con láser y componentes electrónicos de fondo reducidos al tamaño de una pequeña caja de zapatos.
Más adelante, Clark dijo que se podría usar una tecnología similar para crear un transmisor multibanda sintonizable. “Ese sería el Santo Grial”, le dijo a Forbes. “Sería como su comunicador de Star Trek, transmisión y recepción completas en un pequeño dispositivo”.
Competencia
Si bien la Unión Soviética produjo algunos de los mejores físicos teóricos del siglo XX, no hay muchas señales de que Rusia esté desarrollando tecnologías cuánticas significativas en la actualidad, comenta a Forbes el investigador de RAND Edward Parker.
El trabajo de China en tecnología cuántica se concentra en grandes laboratorios nacionales. Eso podría ponerlo en desventaja en la comercialización de sensores cuánticos en comparación con EE UU, con su variedad de empresas privadas, dijo Parker.
«El progreso real en la detección cuántica que se debe hacer ahora no es necesariamente trabajo de laboratorio o trabajo académico, sino lograr que sea factible», dijo Parker. “No me queda claro si tienen la infraestructura del sector privado para hacer ese tipo de trabajo esencial”.
*Publicada en Forbes US
