Este lunes se ha presentado en Viena (Austria) la Quantum Flagship, un megaproyecto europeo de 1.000 millones de euros y 10 años de duración en el que más de 5.000 investigadores, tanto del mundo académico como industrial, se unen con un objetivo: llevar la física cuántica del laboratorio al mercado. El Instituto de Ciencias Fotónicas lidera dos de los primeros 20 consorcios organizados dentro de la iniciativa. 

foto portada: El kick-off o ‘patada inicial’ para lanzar la Quantum Flagship se ha producido este 29 de octubre en Viena. / Quantum Flagship

Después de las gigantescas iniciativas europeas para reproducir tecnológicamente las características del cerebro humano (Human Brain Project) y promover las investigaciones y aplicaciones del grafeno (Graphene Flagship), llega ahora una tercera: Quantum Flagship, presentada este 29 de octubre en Viena.

Este nuevo megaproyecto de la Unión Europea cuenta con un presupuesto de 1.000 millones de euros financiado por la Comisión Europea para fomentar la investigación e innovación a gran escala con un objetivo principal: transferir la investigación sobre física cuántica del laboratorio al mercado mediante aplicaciones comerciales.

Esta gran iniciativa europea cuenta con un presupuesto de 1.000 millones de euros para transferir la investigación sobre física cuántica del laboratorio al mercado

A lo largo de los próximos 10 años, la iniciativa pretende colocar a Europa a la vanguardia de la segunda revolución cuántica, que ahora se está desarrollando en todo el mundo. Llevará las tecnologías cuánticas disruptivas tanto al ámbito científico como a la sociedad en general, presentando nuevas oportunidades comerciales que aborden desafíos globales, proporcionando capacidades estratégicas para la seguridad y abriendo el camino a aplicaciones aún no imaginadas para el futuro.

Según sus promotores, Quantum Flagship construirá una red de programas europeos de tecnologías cuánticas que fomentará un ecosistema capaz de proporcionar el conocimiento, las tecnologías y las infraestructuras de investigación abiertas y los bancos de pruebas necesarios para el desarrollo de una industria líder en el mundo en Europa.

El profesor Tommaso Calarco, del Instituto para el Control Cuántico de Forschungszentrum Jülich (Alemania) y coordinador de la Quantum Support Action (QSA) que ha organizado la presentación, destaca: "La comunidad europea de tecnologías cuánticas ha trabajado duro para llevar a cabo esta iniciativa. Las primeras acciones de investigación e innovación están listas para comenzar. Juntos fortaleceremos aún más el papel de liderazgo de Europa en investigación cuántica y transferiremos la información hacia aplicaciones que beneficien a  todos los ciudadanos europeos".

La inauguración de esta iniciativa ha convocado a responsables políticos, gestores y educadores, así como a algunos de los más de  más de 5.000 investigadores de las comunidades académicas e industriales que participarán en la Quantum Flagship.

Cinco áreas y 20 proyectos seleccionados

La iniciativa ha dividido todos los temas en cinco áreas principales: Comunicación cuántica (QComm), Computación Cuántica (QComp), Simulación Cuántica (QSim), Metrología y Detección Cuántica (QMS) y Ciencia Básica (BSci). La primera fase, denominada ramp-up (fase de despegue), se extenderá durante tres años, desde octubre de 2018 hasta septiembre de 2021, financiando proyectos con un presupuesto global de 132 millones de euros.

De las 140 propuestas presentadas,10 fueron para QComm, 11 para QComp, seis para QSim, 22 para QMS, 90 para BSci y una para una Acción de Coordinación y Apoyo. Después de la exhaustiva evaluación realizada por expertos, para este primer trienio se han seleccionado 20 proyectos, con la participación de más de 500 investigadores

El instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) coordinará desde Barcelona dos de estos 20 proyectos (CiViQ sobre tecnologías cuánticas en telecomunicaciones, y 2D·SIPC para  usar materiales 2D en chips cuánticos), además de participar como miembro en cinco más.

Presentación y lanzamiento de la Quantum Flagship en el palacio Hofburg de Viena. / ICFO

Proyecto CiViQ, tecnologías cuánticas para las telecomunicaciones

La criptografía actual se encuentra en peligro ante la llegada de los ordenadores cuánticas, que podrán romper instantáneamente la mayoría de los métodos más usados y considerados hoy seguros. La criptografía cuántica puede ofrecer nuevos métodos, sistemas y protocolos que ningún ordenador, ni actual ni futuro, podrá romper.

Uno de los protocolos más utilizados en criptografía cuántica es Quantum Key Distribution (QKD), pero su potencial para aplicaciones en ciberseguridad no se ha desarrollado de forma completa: los sistemas QKD suelen ser costosos, exhiben poca flexibilidad y no terminan de funcionar a la perfección en redes de telecomunicaciones.

El nuevo proyecto europeo CiViQ (Continuous Variable Quantum Communications) se centrará en resolver estos desafíos desarrollando sistemas QKD flexibles y de bajo coste que puedan integrarse fácilmente en las infraestructuras de telecomunicaciones emergentes. A su vez, buscará nuevos sistemas y protocolos de criptografía cuántica, con el objetivo final de ofrecer servicios accesibles e innovadores a individuos, industrias e instituciones, y así satisfacer las necesidades de un mercado seguro de telecomunicaciones.

El profesor de ICREA en el ICFO Valerio Pruneri, coordinador del proyecto, comenta: “En los próximos tres años, CiViQ desarrollará tecnología que cumpla con los requisitos de seguridad específicos de la red. El buscar un enfoque más orientado al usuario final junto con una integración flexible en las redes de telecomunicaciones es un requisito previo para que el proyecto tenga éxito dentro los mercados de criptografía y ciberseguridad".

Un total de cinco institutos de investigación, seis universidades, dos pymes y ocho grandes empresas contribuirán al proyecto en áreas que incluyen el diseño de protocolos cuánticos y análisis de seguridad, certificación, fotónica integrada e ingeniería de sistemas y redes. 

Reunión 'kick-off' del proyecto CiViQ este mes en ICFO. / ICFO

Proyecto 2D · SIPC, materiales 2D para tecnologías cuánticas

Los científicos han descubierto que al apilar el grafeno y otros materiales 2D, en capas tipo sándwich, el dispositivo ensamblado ofrece una gama enorme de propiedades ópticas: desde reflectores de luz ultrasensibles y transmisores, hasta dispositivos que absorben mucha luz. Estos materiales son ideales para la miniaturización de circuitos electrónicos y muestran un potencial único para su integración en circuitos fotónicos cuánticos, en los que la detección y emisión de fotones individuales es fundamental para el éxito de esta tecnología.

Paralelamente al descubrimiento de esta nueva familia de materiales, la integración en escala de dispositivos cuánticos en redes cuánticas integradas ha mostrado ser todo un desafío debido a la incompatibilidad de los materiales, los procesos de crecimiento y la miniaturización, así como la integración de componentes cuánticos en las plataformas ya existentes (como las de silicio o los semiconductores CMOS).

En este contexto, el nuevo proyecto europeo 2D · SIPC pretende ofrecer una solución a este problema mediante el desarrollo de componentes cuánticos en un chip fabricados con materiales 2D (emisores de fotón único, detectores de fotón único, e interruptores fotónicos) para su integración en redes cuánticas, utilizadas en computación cuántica, comunicaciones, detección y metrología, entre otras. Estos dispositivos cuánticos serán capaces de crear, procesar, almacenar, guiar y detectar fotones individuales, pudiéndose integrar en la tecnologías de silicio..

Dentro del consorcio académico-industrial del proyecto, el ICFO se centrará en la detección de fotones individuales y la nanoimagen, la Universidad de Manchester lo hará en la teoría y los procesos de fabricación de materiales 2D y técnicas de apilamiento para las hetero-estructuras. La Universidad de Cambridge se ocupara en óptica cuántica y espectroscopia, CNIT en circuitos fotónicos en un chip, y, Single Quantum (SQ) en detección comercial de fotones individuales, emisión de fotones individuales y embalaje.

Dmitri Efetov, profesor de ICFO y coordinador del proyecto, comenta: “Los materiales 2D, como el grafeno, no son los materiales más obvios para aplicaciones cuánticas, y sin embargo los recientes avances en la creación de emisores y detectores de fotones individuales, combinados con su facilidad de integración en chips fotónicos, abren posibilidades completamente nuevas y disruptivas para la construcción de redes cuánticas escalables, clave en el desarrollo del Internet cuántico. Este proyecto de ciencia básica nos permitirá ampliar los límites de este enfoque y estoy deseando ver el desarrollo de aplicaciones innovadoras gracias a nuestros esfuerzos".