20 años y un Premio Nobel
Anton Zelinger acepta el Premio Nobel de Física en 2022.
Foto: Foto: OAW/IQOQI
El Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austriaca de las Ciencias ha celebrado recientemente su vigésimo aniversario... y una historia de éxito. El IQOQI es sinónimo de investigación puntera, descubrimientos revolucionarios y un Premio Nobel en 2022. El instituto también tiene éxito en todo el mundo en la utilización comercial de los resultados de sus investigaciones.
Cuando la Academia Austriaca de Ciencias (OeAW) fundó el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) en estrecha colaboración con las universidades hace veinte años, el objetivo estaba claro: crear un lugar en Austria para la investigación teórica y experimental de la óptica cuántica y la información cuántica que se había desarrollado recientemente en la década de 1990, con los más altos estándares. El IQOQI debía convertirse a largo plazo en uno de los principales centros de investigación del mundo y reforzar la reputación de Austria como "el país cuántico".
Los institutos de investigación están estrechamente vinculados a las universidades de Innsbruck y Viena y ofrecen a los científicos implicados la libertad de poner en práctica ideas y enfoques nuevos y audaces. "Esto es extremadamente importante, porque a veces uno simplemente necesita tiempo para perseguir una idea sin saber exactamente adónde le llevará el viaje", afirma Gerhard Kirchmair, Director General de IQOQI Innsbruck.
Premio Nobel para el cofundador Anton Zeilinger
Todos los padres fundadores del instituto fueron pioneros de la física cuántica austriaca: Anton Zeilinger, el primer director científico del IQOQI de Viena, publicó un artículo sobre el primer teletransporte de un fotón en la revista Nature en 1997. Le siguieron otros récords mundiales en entrelazamiento cuántico. En 2022, Zeilinger, que aún hoy dirige un grupo de investigación en el IQOQI, fue galardonado con el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre el entrelazamiento cuántico.
El equipo fundador de directores científicos del IQOQI de Innsbruck estaba formado por Peter Zoller, que, junto con su colega Ignacio Cirac, propuso por primera vez la realización de un ordenador cuántico utilizando iones en trampas Paul en 1995; Rainer Blatt, que construyó los bloques básicos de dicho ordenador en el laboratorio; Rudolf Grimm, que en 2003 realizó el primer condensado de Bose-Einstein del mundo hecho de átomos de cesio, que proporcionó nuevos conocimientos sobre la materia cuántica; y Hans Briegel, que desarrolló el ordenador cuántico basado en mediciones y sentó las bases de una futura internet cuántica con la idea de los repetidores cuánticos.
Un grupo de reflexión de vanguardia
Desde entonces, se han llevado a cabo trabajos pioneros al más alto nivel en Innsbruck y Viena. "Austria desempeña un papel destacado en la investigación cuántica mundial", afirma Heinz Fassmann, Presidente de la Academia Austriaca de las Ciencias. "Una posición tan destacada en la investigación internacional no surge de la nada. Un entorno excelente donde las mejores mentes con la mejor infraestructura puedan desarrollar las mejores ideas era y es importante para este camino hacia el éxito. Nuestros institutos de la Academia Austriaca de Ciencias son un lugar así. Han contribuido significativamente a hacer de Austria uno de los países líderes en física cuántica."
Este nivel de logro está corroborado por varios hechos concretos. Durante muchos años, Hannes Pichler, Rainer Blatt y Peter Zoller, del IQOQI de Innsbruck, y Anton Zeilinger y Markus Aspelmeyer, del IQOQI de Viena, han figurado en la lista de "Investigadores muy citados". Representa al 1% de los investigadores de todo el mundo cuyo trabajo ha sido citado con mayor frecuencia en los últimos años. El IQOQI de Innsbruck y Viena también pasó a formar parte del Cluster de Excelencia de Ciencia Cuántica de Austria (quantA), fundado en 2023 y financiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF). Además, diez de las prestigiosas y generosamente dotadas subvenciones del Consejo Europeo de Investigación (CEI) han ido a parar a los institutos IQOQI.
"Hemos creado una atmósfera en la que el pensamiento no convencional está explícitamente permitido y se fomenta. Es importante pensar 'fuera de la caja'", subraya Markus Aspelmeyer, Director General de IQOQI Viena. "Un factor clave para nosotros es nuestro trabajo con jóvenes talentos. Apoyamos a varios grupos junior que realizan investigaciones independientes en nuestro instituto durante un máximo de cinco años."
Foto: OAW/IQOQI
Einstein y la materia exótica
En once grupos de investigación de las dos sedes, los científicos investigan cuestiones abiertas de la materia, desde los nuevos estados cuánticos de la materia hasta los fundamentos filosóficos de los fenómenos cuánticos, que a menudo contradicen nuestras nociones de comprensión cotidiana.
En el Instituto de Viena se ha establecido recientemente un nuevo foco de investigación sobre la física cuántica de la gravedad y el espacio-tiempo para investigar la intersección entre la teoría general de la relatividad de Einstein y el papel del espacio y el tiempo en la teoría cuántica. A día de hoy, aún se desconoce si las leyes de la física cuántica también se aplican a la gravedad.
En Innsbruck, los científicos trabajan para ampliar los límites del conocimiento en óptica cuántica, simulación cuántica e información cuántica, lo que ya ha dado lugar a importantes resultados de investigación, como el descubrimiento de exóticos estados supersólidos de la materia o el control de los llamados estados oscuros de muchos cuerpos. "La sinergia entre la teoría y el experimento directo es un sello particular de nuestro enfoque de investigación. En nuestro instituto fomentamos las estructuras de colaboración y el intercambio de ideas entre grupos, lo que crea un entorno de investigación muy vivo y eficaz", afirma Francesca Ferlaino, directora científica del instituto desde 2014.
De la investigación fundamental a la fundación de una empresa
La física cuántica se utiliza ya en muchas tecnologías actuales, como los láseres, la resonancia magnética (RM), el GPS y los teléfonos móviles. La investigación básica está dando lugar cada vez más a nuevas aplicaciones comerciales directas. De la investigación cuántica llevada a cabo en la Academia Austriaca de las Ciencias han surgido ya varias start-ups y empresas derivadas, como ParityQC, Quantum Technology Laboratories (qtlabs), Quantum Industries (QI) y Alpine Quantum Technologies (AQT). ParityQC es la primera empresa del mundo que ofrece en el mercado abierto planos y un sistema operativo para ordenadores cuánticos altamente escalables. Qtlabs y QI se centran en la aplicación técnica de métodos para la encriptación cuántica y la comunicación cuántica tanto por satélite como por cables de fibra óptica. Y la start-up Alpine Quantum Technologies (AQT), con sede en Innsbruck, desarrolla y construye ordenadores cuánticos y componentes de hardware cuánticos, que también pone a disposición de empresas e instituciones públicas a través de una solución en la nube.
Heinz Fassmann comenta: "La Academia da la bienvenida a una mayor utilización de los resultados de la investigación. Por ello, ayudamos a la obtención de patentes y apoyamos la fundación de empresas derivadas. Ejemplos de éxito como la empresa ParityQC en el campo de la física cuántica demuestran también que la frontera entre investigación básica e investigación aplicada es arbitraria. Los resultados de la investigación básica conducen a productos y tecnologías innovadores, aunque esto no estuviera previsto al principio del proceso de investigación."
"Siempre es impresionante ver cómo surgen tecnologías completamente nuevas de la 'investigación del cielo azul'", afirma Caslav Brukner, director científico de IQOQI Viena, haciendo hincapié en cómo esto, a su vez, estimula nuevas investigaciones. "Al mismo tiempo, estos avances nos permiten abordar cuestiones de investigación que antes eran difíciles de resolver". Según Brukner, a menudo son las preguntas más fundamentales las que pueden producir resultados revolucionarios: "Nuestra investigación está dedicada a las cuestiones más fundamentales de la física moderna - y algún día podría ser el punto de partida de la próxima revolución cuántica".
Foto: ÖAW/IQOQI
