3 de julio de 2025

Mextli Moreno

2025 fue declarado por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), Año Internacional de las Ciencias y Tecnologías Cuánticas. Esta iniciativa busca destacar el potencial de la ciencia cuántica y sus aplicaciones, fortalecer la cooperación científica y reducir la brecha entre el norte y el sur global en dicho campo.

Según la Unesco, tanto la ciencia como la tecnología cuántica han sido las principales disciplinas del siglo XXI y prevé que, en los próximos años, tengan un impacto en los desafíos sociales de la humanidad. Por ello, espera que las tecnologías cuánticas sean una herramienta para el análisis del medio ambiente, nuevos materiales, medicamentos y comunicaciones; al tiempo que den respuesta a los desafíos de su rápido avance.

En un mundo en el que la seguridad de la información enfrenta constantes amenazas ante el avance de las computadoras cuánticas, la Unidad Querétaro del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), está desarrollando investigación en criptografía cuántica.

Actualmente, el Centro cuenta con tres laboratorios de tecnologías cuánticas, en los que son desarrollados proyectos tecnológicos, como la manipulación precisa de sistemas cuánticos individuales, con la finalidad de generar sensores de gran precisión y con múltiples aplicaciones, de acuerdo con el investigador del Cinvestav, Dr. Mauricio López Romero.

Uno de los laboratorios es el de criptografía cuántica. En él desarrollan proyectos que tienen por objetivo evitar que una computadora cuántica pueda romper llaves criptográficas y, con ello, realizar ataques informáticos o exposición de información sensible.

El cómputo cuántico es una herramienta que resuelve problemas complejos de ingeniería, medicina, economía, transporte…. «Lo que ahora nos puede tomar días, semanas o meses resolver con computadoras clásicas, usando con computadoras cuánticas podemos resolverlo en segundos o fracciones en segundo. […]  El cómputo cuántico viene a revolucionar la forma en la que resolvemos problemas muy complejos».

A decir del especialista en Física, ante la eficiencia de las computadoras cuánticas, existen diversos retos a resolver, ya que pueden romper la llave criptográfica de la información que circula en las redes; y es que, aunque la información tiene una encriptación basada en planteamientos matemáticos difíciles de resolver, éstos pueden ser resueltos por una computadora cuántica.

Este tipo de computadoras son eficientes para la resolución de problemas matemáticos como la factorización, es decir, es muy sencillo para una computadora cuántica factorizar el producto de dos números primos; sin embargo, «no existe una fórmula para saber cuál número es primo y cuál no, la única manera que existe es la fuerza bruta: tomar el numero primo y dividirlo por todos los números enteros posibles. Solamente de esta manera nos podemos dar cuenta si el número de interés es primo o no».

Para que una persona pueda encontrar el producto de dos números primos, habría de invertir mucho esfuerzo y el empleo de cientos de computadoras, aunado a que este proceso podría tomarle cientos o miles de años, por lo que no sería viable.

«Cuesta tanto trabajo encontrar los dos números primos, que por ello claves criptográficas operan bajo este principio: dos números secretos que multiplicados dan un número entero que se hace público, pero que nadie puede conocer».

En este entendido, no obstante, si se usa una computadora cuántica para hacer la factorización de ese resultado, el problema puede resolverse en segundos y no en cientos de años. En palabras del Dr. López Romero, «es aquí donde radica la preocupación internacional en cuanto a la seguridad de la información en las redes. ¡Toda la información que circula está protegida con una criptografía basada en el producto de dos números primos!».

Para evitar ataques informáticos desde el cómputo cuántico, en el Laboratorio de criptografía cuántica del Cinvestav tratan, desde la mecánica cuántica, de desarrollar e implementar llaves criptográficas cuánticas.

El objetivo es identificar llaves criptográficas que no sean el producto de dos números primos, a través de métodos de criptografía cuántica, es decir, el desarrollo de llaves criptográficas aleatorias que las computadoras cuánticas no pueden romper.

Estos métodos tienen la ventaja de que el establecimiento de las llaves criptográficas se hace en completa secrecía: no hay manera de que la información pueda ser conocida por terceras partes no autorizadas.

Investigador nacional nivel III, el Dr. López Romero destaca, es un segundo momento, la labor del Laboratorio de gravimetría cuántica del Cinvestav, cuyo objetivo es medir de la aceleración local de la gravedad con altos niveles de exactitud, para lo que se han propuesto nueve cifras significativas.

Medir la aceleración local de la gravedad de esta manera tiene interés geológico, ya que es fundamental contar con números suficientes después del punto decimal para conocer la estructura del subsuelo en donde se está midiendo.

También, interesan las aplicaciones en ciencia básica, sobre todo, para conocer si aspectos de las leyes fundamentales de la naturaleza son válidos cuando se miden con un alto nivel de exactitud. En este caso, se busca conocer si la aceleración gravitacional depende de la estructura de la materia que está sujeta a ésta.

El también miembro del Consejo Consultivo de Ciencias de la Presidencia de la República reitera que «la aceleración local de la gravedad no es constante, ni en la ubicación ni en el tiempo, ya que, si se cambia de posición, la aceleración va a cambiar en relación con la latitud, altitud, topografía, el terreno, etc.».

Para diseñar tecnologías cuánticas, los integrantes del laboratorio analizan el comportamiento ondulatorio de átomos como el cesio o el rubidio, midiendo la interferencia entre sus ondas. Estos patrones de interferencia proporcionan datos precisos sobre la aceleración local de la gravedad.

Un tercer laboratorio de tecnología cuántica en el Cinvestav es el de materia ultrafría, en el cual crean y manipulan Condensados de Bose-Einstein (BEC), utilizando átomos de rubidio enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273.15 °C).

En este sentido, el interés científico del grupo de trabajo es el de desarrollar una máquina para producir material ultrafrío y, con ello, realizar estudios científicos y de aplicaciones tecnológicas: medir experimentalmente las propiedades de los condensados y producir espinores.

De acuerdo con el Dr. López Romero, la naturaleza se organiza en sólidos, líquidos y gases; sin embargo, existe una cuarta forma de organización de la materia relacionada con el comportamiento de la materia a temperaturas extremadamente bajas, como el cero absoluto, que corresponde a -273.15 °C: Condensados de Bose-Einstein. «No es un sólido, no es un líquido, no es un gas».

En los condensados, explica, que los átomos se mueven de la misma forma y, por lo tanto, el nivel de desorganización es menor al de un sólido, líquido y un gas. Además, los condensados únicamente se pueden obtener a temperaturas bajas, cercanas al cero absoluto.

Con los sistemas condensados, en un futuro, se buscará desarrollar relojes ópticos, los cuales son piezas de la tecnología cuántica que miden el tiempo con una precisión casi perfecta. «¡Podría acumular un segundo de error en toda la edad del universo!». Éstos pueden tener diversas aplicaciones, desde probar leyes fundamentales de la Física hasta facilitar la vida de los humanos (sistemas de navegación, comunicaciones, etc).