En un artículo reciente se apuntaba la necesidad ineludible de acometer retos de escala planetaria ante la pandemia de la COVID mediante iniciativas consorciadas internacionales como la que necesitó a principios del siglo XXI el Proyecto del Genoma Humano (HGP, del inglés Human Genome Project) y que suscitó el desarrollo de la biología de sistemas. En este artículo se revisa la interesante convergencia de esta nueva disciplina con otras emergentes como la computación cuántica y la biología cuántica, relación que está recibiendo una creciente atención científica, empresarial y social.
Los efectos cuánticos en sistemas biológicos (QuEBS, del inglés quantum effects in biological systems) son observables a nanoescala tanto en estructuras como fenómenos biomoleculares, y están siendo objeto de estudio científico y de creciente interés comercial desde hace varias décadas.
Si nos remontamos a 2015, un notable discussion workshop New Frontiers for Quantum Technology in Biological and Bio Inspired Systems organizado por la Universidad de Cambridge bajo la pregunta «Can QuEBS-like phenomena be artificially engineered for future (quantum) technologies?» ya apuntaba que los problemas biológicos abordados con éxito por la naturaleza también son desafíos que enfrentan una variedad de tecnologías actuales, como por ejemplo las células solares orgánicas o la catálisis. En este sentido, se anunciaba la existencia de una oportunidad creciente de explotar la comprensión en el desarrollo de los QuEBS para generar nuevos tipos de dispositivos biohíbridos fuera del dominio biológico.
Un nuevo estudio publicado el febrero de 2021 en la revista Physical Chemistry Chemical Physics ha confirmado la intuición de Per-Olov Löwdin de 1966, que apuntaba cómo fenómenos adscritos al ámbito de la mecánica cuántica juegan un papel prominente en los procesos biológicos que causan las mutaciones del DNA, lo que supone un renovado impulso para la biología cuántica.
La tecnología cuántica atrae un heterogéneo flujo de atención científico-académico-empresarial-financiera, pero su impacto va más allá de la biología cuántica. Potencialmente, impulsa numerosas aplicaciones comerciales y beneficios sociales, como se ha demostrado ampliamente en el simposio virtual Quantum.Tech celebrado entre el 12 y el 14 de abril de 2021, donde han participado un gran número de representantes de empresas y corporaciones de diversos sectores como Tencent, NASA, BP, IBM, MERCK, Ford, Boeing, etc., entre muchas otras.
El gran número de empresas y corporaciones, su relevancia internacional y la diversidad de los sectores que representan es uno de los elementos que más llama la atención en la organización de este simposio, por lo que es un momento idóneo para explicar la importancia que tiene la tecnología cuántica en la actualidad en todas sus aplicaciones.
Han pasado más de 100 años desde que se introdujo el concepto de mecánica cuántica, que trajo consigo la innovación en la física, y en su progreso, durante todo este tiempo, se han ido desarrollando diferentes áreas de investigación asociadas a la ciencia y tecnología cuánticas. Pero ¿por qué la ciencia y la tecnología cuánticas ahora? ¿Qué singular importancia reúne la tecnología cuántica que acapara el foco de atención de tantos intereses?
El conocimiento científico desarrollado alrededor de la teoría de la física cuántica unido al desarrollo de la computación informática ha dado origen a lo que se puede denominar la era de la tecnología cuántica.
Para empezar, cabe entender que la ciencia y la tecnología cuántica no están orientadas solo a la comprensión del mundo natural, sino también al ámbito humano. La comprensión del papel que juega la influencia cuántica en todas sus dimensiones y la manipulación activa de la cuántica mejoran la calidad de vida de las personas.
La mecánica cuántica está destinada a ser útil para el desarrollo de la sociedad. En particular, el rápido progreso de varias tecnologías para manipular objetos microscópicos en la última década es un factor importante en su más reciente impulso. Por ejemplo, en la tecnología de análisis estructural de biomoléculas, hemos entrado en un grado de ultraprecisión con resolución a nivel cuántico, como la captura de la densidad electrónica y la posición del hidrógeno, que son las claves del funcionamiento de las biomoléculas, debido a la sofisticación de haces cuánticos.
El procesamiento de la información cuántica mediante la computación cuántica y la simulación cuántica tienen un potencial práctico enorme. Cuando las computadoras cuánticas alcancen el nivel de eficiencia en entornos de procesos y no solo en simulación, sus aplicaciones en la vida real y en entornos sociales resultarán inmensas. Así, con su ayuda, por ejemplo, la carga ambiental se reducirá al aliviar la congestión del tráfico, el costo disminuirá al automatizar el movimiento de piezas en fábricas y almacenes, y las energías renovables serán posibles mediante la fabricación de energía solar altamente eficiente. En el progreso tecnológico para la generación de energía podemos esperar cambios dramáticos y mejoras tanto en la calidad como en la cantidad más allá de las que se pueden lograr con las tecnologías convencionales.
La medición y detección cuántica se centran en el desarrollo de sensores cuánticos. Por ejemplo, podrían permitirnos medir señales bioeléctricas de forma no invasiva y a temperatura ambiente (a diferencia de la resonancia magnética, que requiere enfriamiento con helio). Podrían usarse para detectar cambios en el campo magnético relacionados con los latidos del corazón y la actividad eléctrica en el cerebro. Es posible que se pueda desarrollar un sensor portátil para medir el pensamiento humano en tiempo real, o sensores que sean altamente sensibles, compactos y energéticamente eficientes. Podrían usarse para adquirir big data para su uso en internet de las cosas (IoT), que es esencial para nuestro objetivo de lograr una sociedad mucho más capacitada social y tecnológicamente.
Cita recomendada
CAVALLER, Victor; GARCÍA, Ricardo. Era de la tecnología cuántica: de la computación cuántica a la biología cuántica de sistemas. COMeIN [en línea], mayo 2021, no. 110. ISSN: 1696-3296. DOI: https://doi.org/10.7238/c.n110.2131
