En busca de la realidad - Investigación y educación cuánticas en la Universidad Johannes Kepler de Linz

La investigación cuántica ha revolucionado la forma en que entendemos los pilares de la realidad; en lugar de ser un universo de relojería newtoniana calculado con precisión, el universo se adhiere a leyes diametralmente opuestas a nuestra experiencia cotidiana. Sin embargo, la investigación cuántica en particular ha dado lugar a enormes avances, y sigue haciéndolo. En esa línea, la investigación cuántica ha sido durante mucho tiempo una parte integral de la investigación y la educación en la Universidad Johannes Kepler de Linz (JKU).

Los investigadores cuánticos del campo de la Física de Semiconductores de la JKU utilizan métodos especiales de crecimiento para producir, caracterizar y aplicar nanoestructuras basadas en semiconductores.

El grupo de investigación de Armando Rastelli se centra en el desarrollo y la puesta a punto de puntos cuánticos de arseniuro de galio de alta calidad capaces de formar fotones individuales y pares de fotones entrelazados "a la carta". Las aplicaciones potenciales van desde la investigación fundamental hasta las comunicaciones cuánticas.

Los investigadores de la JKU también participan en varios proyectos y estudios de colaboración con socios europeos, entre ellos la Universidad de Roma Sapienza y la Universidad de Cambridge, para llevar a cabo una serie de estudios de investigación diseñados para investigar si los puntos cuánticos pueden utilizarse como nodos para redes cuánticas. Junto con investigadores de la Universidad de Innsbruck, los investigadores de la JKU están trabajando en emisores cuánticos acoplados para simular sistemas naturales de captación de energía.

Armando Rastelli y Ailton García Jr.
*Foto: JKU*

Múltiples proyectos en curso

En el marco de un proyecto START premiado por el Fondo Austriaco para la Ciencia (FWF) y de otros proyectos, un grupo de investigación dirigido por Moritz Brehm trabaja en la creación de una nueva clase de emisores cuánticos en silicio. El objetivo es captar luz con longitudes de onda probadamente compatibles con los sistemas de comunicación óptica convencionales.

Bajo la dirección de la Vicerrectora de Investigación de la JKU, Alberta Bonanni, los científicos del Grupo de Materiales Cuánticos investigan sobre materiales cuánticos, en particular materiales semiconductores y bidimensionales, y fenómenos emergentes en heteroestructuras.

Para ello, se están centrando en la producción de nitruros III y materiales de capas 2D, así como en la investigación de procesos mecánicos cuánticos que abrirán la puerta a nuevas tecnologías, como ordenadores de alta velocidad, chips más eficientes energéticamente y una mayor eficacia de los sensores.

Richard Küng(Departamento de Computación Cuántica en el campo de la Informática) se centra en una serie de proyectos y estudios, entre ellos las "sombras q", que aplican un enfoque unificado que tiene en cuenta todos los recursos de la tecnología informática (ordenadores cuánticos y convencionales). Junto con su equipo, Küng está utilizando hardware cuántico de última generación capaz de describir efectos cuánticos reales, de modo que puedan idear métodos escalables para resolver potencialmente las limitaciones de la transmisión de información convirtiendo la información cuántica en información convencional. Está previsto que el proyecto se prolongue hasta 2029 y le ha sido concedida una subvención del ERC, el galardón más prestigioso de la Unión Europea reservado a los jóvenes investigadores prometedores.

Como parte de un programa insignia de la Agencia Austriaca para el Fomento de la Investigación (FFG) titulado Computación cuántica integrada de alto rendimiento (HPQC), por primera vez en Europa se conectará directamente un ordenador cuántico a un centro de computación de alto rendimiento (HPC). Partiendo de una infraestructura ya existente en Innsbruck, se está creando un nuevo entorno de aceleración cuántica para vincular los ordenadores cuánticos y los HPC, permitiendo que las estructuras de aceleración de código específicamente desarrolladas para la cuántica ofrezcan pruebas de concepto en infraestructuras híbridas.

Richard Küng también trabaja junto a Johannes Kofler en otros proyectos. Johannes Kofler se dedica a la investigación en metrología cuántica, utilizando estados cuánticos entrelazados y métodos de inteligencia artificial (aprendizaje por refuerzo) para crear circuitos cuánticos que puedan determinar parámetros físicos con mayor rapidez y precisión que las tecnologías convencionales.

Además, actualmente están en marcha otros proyectos de la Agencia Austriaca de Fomento de la Investigación (FFG) en los que participa la JKU y que están bajo la dirección de ambos investigadores.

Selfie de conferencia con Richard Küng
*Foto: Richard Küng*

Aprender sobre el mundo cuántico

La JKU se ha comprometido tanto a proporcionar a sus estudiantes una sólida formación educativa en teoría cuántica como a llevar a cabo investigaciones avanzadas en este campo. Cada semestre de otoño, más de 150 estudiantes se matriculan en un curso de la JKU titulado Introducción a la Computación Cuántica, seguido de Temas Especiales - Información Cuántica durante el semestre de verano (en el que actualmente están matriculados 70 estudiantes). Los cursos han sido muy bien recibidos y las cifras reflejan un alto nivel de interés entre los estudiantes. Temas Avanzados en Información Cuántica es un nuevo proyecto piloto lanzado el año pasado por la JKU junto con la Universidad de Innsbruck, la Universidad de Viena y la Universidad Tecnológica de Viena, que ofrece a los estudiantes una perspectiva descentralizada de la investigación que se lleva a cabo en todas las universidades participantes.

Experimento de investigación
*Foto: JKU*

La tercera misión - La ciencia cuántica y el gran público

La JKU pretende dar a conocer mejor la investigación cuántica fuera del ámbito académico y transmitir lo importante que es este tipo de investigación, sobre todo ahora que en 2025 se celebra el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas. La universidad organizó una serie de actividades y eventos de acceso público diseñados para ilustrar cómo la ciencia y la tecnología cuánticas repercuten y dan forma a nuestra vida cotidiana. Hubo, por ejemplo, un nuevo concierto cuántico durante el Festival Ars Electronica 2024 titulado BruQner - El sonido del entrelazamiento en el que se utilizaron partículas de luz entrelazadas cuánticamente para interpretar una variación del Perger Präludium de Bruckner e interpretada simultáneamente por dos organistas. Más de 3000 visitantes asistieron a este estreno mundial en la catedral más grande de Austria. En febrero, el premio Nobel Anton Zeilinger realizó una presentación especial para los estudiantes de la JKU centrada en el mundo de la ciencia cuántica. El hecho de que más de 1.300 invitados asistieran a la presentación es un testimonio del gran interés que despiertan este tipo de actividades.

La investigación y la enseñanza cuánticas son una parte fundamental de la educación en la JKU, impulsadas por el inquebrantable sentido de la curiosidad de nuestros investigadores, su búsqueda del conocimiento y su firme determinación de comprender mejor los fundamentos de la realidad. En consonancia con las palabras de Max Planck "Comparado con la Naturaleza inconmensurablemente rica y siempre joven, por muy avanzado que esté el hombre en conocimientos y perspicacia científicos, debe seguir siendo siempre el niño asombrado y debe estar constantemente preparado para nuevas sorpresas".

Acerca de la Universidad Johannes Kepler de Linz

La Universidad Johannes Kepler de Linz (JKU) está enraizada en la tradición regional pero dotada de una fuerte perspectiva internacional. Las principales áreas de especialización de la universidad incluyen la tecnología (ingeniería, informática, ciencias naturales), las ciencias sociales, la administración de empresas y la economía, la educación, el derecho y la medicina. Más de 5.800 estudiantes están matriculados en más de 34 titulaciones académicas de vanguardia en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Naturales, una facultad especialmente activa e influyente en la JKU. La JKU no sólo introdujo los primeros programas de grado académico de Austria en Ciencias Informáticas y Mecatrónica, sino que también estableció el Instituto de Mecatrónica Biomédica, interdisciplinario y pionero.

Al fin y al cabo, la JKU está estableciendo nuevos estándares en todos los ámbitos. Los primeros programas de grado académico de Austria en Inteligencia Artificial, Ingeniería Médica y el primer programa de grado en medicina de Austria ofrecido como parte del sistema de Grado/Máster ejemplifican el compromiso de la universidad de reflexionar continuamente -y de forma crítica- y desafiarse a sí misma de forma persistente.

Por encima de todo, las aspiraciones de futuro de la JKU pasan por implicar activamente a sus 25.000 estudiantes y a su comunidad investigadora en el impulso de los avances tecnológicos, así como en el servicio a la humanidad y la mejora de nuestro medio ambiente.