En un article recent es comentava la necessitat ineludible d’escometre reptes d’escala planetària davant la pandèmia de la COVID mitjançant iniciatives consorciades internacionals com la que va necessitar a principis del segle XXI el Projecte del Genoma Humà (HGP de l’anglès Human Genome Project) i que va suscitar el desenvolupament de la biologia de sistemes. En aquest article es revisa la interessant convergència d’aquesta nova disciplina amb altres d'emergents com la computació quàntica i la biologia quàntica, relació que està rebent una creixent atenció científica, empresarial i social.
Els efectes quàntics en sistemes biològics (QuEBS, de l’anglès quantum effects in biological systems) són observables a nanoescala tant en estructures com en fenòmens biomoleculars i estan sent objecte d’estudi científic i de creixent interès comercial des de fa unes quantes dècades.
Si ens remuntem a l’any 2015, un notable discussion workshop, New Frontiers for Quantum Technology in Biological and Bio-Inspired Systems, organitzat per la Universitat de Cambridge sota la pregunta «Can QuEBS-like phenomena be artificially engineered for future (quantum) technologies?», ja apuntava que els problemes biològics abordats amb èxit per la natura també són desafiaments que enfronten una varietat de tecnologies actuals, com ara les cèl·lules solars orgàniques o la catàlisi. En aquest sentit, s’anunciava l’existència d’una oportunitat creixent d’explotar la comprensió en el desenvolupament dels QuEBS per generar nous tipus de dispositius biohíbrids fora del domini biològic.
Un nou estudi publicat el febrer del 2021 a la revista Physical Chemistry Chemical Physics ha confirmat la intuïció de Per-Olov Löwdin de 1966 que apuntava que fenòmens adscrits a l’àmbit de la mecànica quàntica tenen un paper prominent en els processos biològics que causen les mutacions de l’ADN, fet que suposa un impuls renovat per a la biologia quàntica.
La tecnologia quàntica atreu un flux heterogeni d’atenció científica, acadèmica, empresarial i financera, però el seu impacte va més enllà de la biologia quàntica. Potencialment, impulsa incomptables aplicacions comercials i beneficis socials, com s’ha demostrat àmpliament en el simposi virtual Quantum.Tech celebrat entre el 12 i el 14 d’abril del 2021, en què han participat un gran nombre de representants d’empreses i corporacions de sectors com Tencent, NASA, BP, IBM, MERCK, Ford, Boeing, etc., entre moltes altres.
El gran nombre d’empreses i corporacions, la seva rellevància internacional i la diversitat dels sectors que representen és un dels elements que crida més l’atenció en l’organització d’aquest simposi, de manera que és un moment idoni per explicar la importància que té la tecnologia quàntica actualment en totes les seves aplicacions.
Han passat més de 100 anys d’ençà que es va introduir el concepte de mecànica quàntica, que va comportar la innovació en la física, i en el seu progrés, durant tot aquest temps, s’han anat desenvolupant diferents àrees de recerca associades a la ciència i tecnologia quàntiques. Però per què la ciència i la tecnologia quàntiques ara? Quina singular importància reuneix la tecnologia quàntica, que acapara el focus d’atenció de tants interessos?
El coneixement científic desenvolupat al voltant de la teoria de la física quàntica unit al desenvolupament de la computació informàtica ha donat origen al que es pot anomenar l’era de la tecnologia quàntica.
Per començar cal entendre que la ciència i la tecnologia quàntica no estan orientades només a la comprensió del món natural, sinó també a l’àmbit humà. La comprensió del paper que acompleix la influència quàntica en totes les seves dimensions i la manipulació activa de la quàntica milloren la qualitat de vida de les persones.
La mecànica quàntica està destinada a ser útil per al desenvolupament de la societat. En particular, el ràpid progrés de diferents tecnologies per manipular objectes microscòpics en l’última dècada és un factor important en el seu impuls més recent. Per exemple, en la tecnologia d’anàlisi estructural de biomolècules, hem entrat en un grau d’ultraprecisió amb resolució en el pla quàntic, com la captura de la densitat electrònica i la posició de l’hidrogen, que són les claus del funcionament de les biomolècules, a causa a la sofisticació de feixos quàntics.
El processament de la informació quàntica mitjançant la computació quàntica i la simulació quàntica tenen un potencial pràctic enorme. Quan les computadores quàntiques assoleixin el nivell d’eficiència en entorns de processos i no només en simulació les seves aplicacions a la vida real i en entorns socials resultaran immenses. Així, amb la seva ajuda, per exemple, la càrrega ambiental es reduirà en alleujar la congestió del trànsit, el cost disminuirà en automatitzar el moviment de peces en fàbriques i magatzems i les energies renovables seran possibles mitjançant la fabricació d’energia solar d’alta eficiència. En el progrés tecnològic per a la generació d’energia podem esperar canvis dramàtics i millores tant en la qualitat com en la quantitat més enllà de les que es poden aconseguir amb les tecnologies convencionals.
El mesurament i detecció quàntica se centren en el desenvolupament de sensors quàntics. Per exemple, ens podrien permetre mesurar senyals bioelèctrics de manera no invasiva i a temperatura ambient (a diferència de la ressonància magnètica, que requereix refredament amb heli). Es podrien fer servir per detectar canvis en el camp magnètic relacionats amb els batecs del cor i l’activitat elèctrica en el cervell. És possible que es pugui desenvolupar un sensor portàtil per mesurar el pensament humà a temps real, o sensors que siguin altament sensibles, compactes i energèticament eficients. Es podrien emprar per adquirir big data per al seu ús en la internet de les coses (IOT), que és essencial per al nostre objectiu d’assolir una societat molt més capacitada socialment i tecnològicament.
Citació recomanada
CAVALLER, Victor; GARCÍA, Ricardo. Era de la tecnologia quàntica: de la computació quàntica a la biologia quàntica de sistemes. COMeIN [en línia], maig 2021, no. 110. ISSN: 1696-3296. DOI: https://doi.org/10.7238/c.n110.2131
