La tecnología cuántica supera los cuellos de botella técnicos y entra en la fase de validación para su industrialización

El margen de error de 30B de años no supera 1 segundo; la tecnología cuántica vuelve a actualizar la precisión de medición de la humanidad. En marzo de este año, el equipo de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) logró un avance de magnitud 10-19 en el desarrollo de relojes ópticos, llevando los estándares globales de tiempo hacia la era óptica. Esta nueva precisión de medición abre las puertas a una serie de aplicaciones de vanguardia.

Hace cien años, los físicos descubrieron que la física clásica no podía explicar el mundo microscópico, y la mecánica cuántica surgió. Hoy en día, la tecnología cuántica está superando el límite de la física clásica y redefiniendo la capacidad de cómputo, la precisión de la percepción y la seguridad de la información de la humanidad.

Como una de las seis industrias futuras en el esbozo del “XV Plan Quinquenal para el Desarrollo (2026-2030)” (15º plan quinquenal), la tecnología cuántica es un apoyo importante para que nuestro país se posicione y gane el derecho a hablar sobre el núcleo de la tecnología y la industria del futuro. Actualmente, nuestro país ha logrado avances en las tres principales vías: computación cuántica, comunicación cuántica y medición cuántica de alta precisión. Instituciones de investigación como el USTC y el Instituto Internacional de Investigación Cuántica de Shenzhen, junto con empresas líderes como Guodun Quantum, Origin Quantum y Benyuan Quantum, han emergido, y el patrón en el que los clústeres de I+D impulsan el desarrollo industrial ya se ha formado, al menos de manera preliminar.

Sin embargo, desde los avances originales en laboratorios hasta las aplicaciones a escala de toda la cadena industrial, la tecnología cuántica aún necesita salvar numerosas brechas. Con la movilización conjunta de múltiples partes, esta batalla de asalto para superar obstáculos se está encaminando hacia una ruptura.

Aprovechar las tres vías troncales principales

El cuántum es la “unidad mínima” de la energía del mundo. Los científicos utilizan las propiedades de los cuántums para reconfigurar el mundo macroscópico con las leyes del mundo microscópico.

En el campo de la computación tradicional, el bit es la unidad mínima de información, compuesta por dos estados, 0 y 1; en el mundo cuántico, el qubit puede estar simultáneamente en estados superpuestos de 0 y 1, como una moneda en rotación que posee a la vez atributos de cara y cruz; entre múltiples qubits se forma entrelazamiento, que puede utilizarse para operaciones de coordinación eficientes; el número total de estados de n qubits puede alcanzar 2 a la n potencia, lo que puede emplearse para mejorar la dimensión del poder de cómputo.

En las tres vías troncales principales de computación cuántica, comunicación cuántica y medición cuántica de alta precisión a nivel global, instituciones de investigación y empresas de China han mostrado una solidez “dura” comparable al nivel más alto internacional.

La computación cuántica se considera un ámbito con la mayor dificultad dentro de la tecnología cuántica. Su objetivo es inventar computadoras cuánticas para realizar tareas de cómputo que las computadoras clásicas no pueden completar; esta es también una dirección prioritaria de investigación y desarrollo en la que hoy se enfocan científicos de numerosos países y gigantes tecnológicos como Microsoft y Google.

Origin Quantum, que se originó en el Laboratorio Clave de Información Cuántica de la Academia de Ciencias de China, logró desarrollar con éxito una computadora cuántica superconductora “Benyuan Wukong” con un chip cuántico superconductivo autónomo de 72 bits. Según se informa, “Benyuan Wukong” logra una optimización coordinada entre software y hardware mediante el sistema operativo de la computadora cuántica “Benyuan Sinan” y el sistema de medición, control y adquisición “Benyuan Tianji” para computación cuántica; actualmente, funciona de manera estable desde hace más de dos años y ha completado de forma acumulada más de 800.000 tareas de computación cuántica en 163 países y regiones del mundo.

En comunicación, la distribución de claves cuánticas posee la característica de que el espionaje se percibe, lo que permite entrar en una era de seguridad absoluta. Guodun Quantum, conocida por la comunicación segura cuántica, basándose en un despliegue de patentes global líder en el campo de la comunicación cuántica, entre otros, desarrolló de forma independiente equipos centrales de comunicación segura cuántica de quinta generación, apoyando la construcción de la primera línea de comunicación segura cuántica a nivel mundial de categoría de mil kilómetros “Jinghu Ganxian”, la red troncal nacional de comunicación segura cuántica de amplio espectro “tierra-cielo integrados de amplio espectro” y otras grandes obras, proporcionando un soporte tecnológico clave para sacar la comunicación cuántica de los laboratorios hacia aplicaciones demostrativas y para facilitar despliegues a gran escala.

Guoyi Quantum se enfoca principalmente en el campo de la medición cuántica de alta precisión, y desarrolla de forma independiente instrumentos científicos de alta gama. Un responsable relacionado con la empresa le dijo al reportero de Securities Times que, por ejemplo, el componente central, el sondeo cuántico de diamante (diamond quantum probe), tiene un diámetro en la punta de solo 500 nanómetros, aproximadamente 1/100 del grosor de un cabello; esta extremadamente diminuta punta del sondeo integra un sensor de nivel atómico con una escala de apenas unos 0,5 nanómetros. Al igual que un termómetro puede percibir la temperatura corporal humana, para “auscultar” células individuales y moléculas se necesitan herramientas de medición más microscópicas y sensibles; es ahí donde entran en juego los instrumentos cuánticos. En 2018, Guoyi Quantum lanzó la primera unidad de resonancia paramagnética por espectroscopía de microondas de banda X para uso comercial en China, desarrollada de forma doméstica; de una sola vez rompió el monopolio tecnológico de marcas extranjeras, logrando un avance importante en la industrialización de la tecnología de medición cuántica de alta precisión de China.

Actualmente, el panorama de desarrollo de nuestro país en los tres subsegmentos de la tecnología cuántica es diferente en cada uno: en el ámbito de la comunicación segura cuántica, China se encuentra en una posición de liderazgo global; en la investigación de computadoras cuánticas, China avanza a la par con Estados Unidos y ambos pertenecen al primer pelotón a nivel mundial; en el ámbito de la medición cuántica de alta precisión, China lidera de manera parcial en algunas vías específicas, pero aún existe una brecha con los países desarrollados en áreas como instrumentos científicos de alta gama.

Superar cuellos de botella tecnológicos

La industria de instrumentos científicos de alta gama en China empezó relativamente tarde. En la parte superior de la cadena industrial, la fabricación local de componentes de alta precisión y alta tecnología presenta deficiencias evidentes. Durante mucho tiempo, los equipos completos de medición cuántica de nivel medio y alto estuvieron monopolizados por gigantes internacionales; incluso han enfrentado restricciones de exportación y bloqueos tecnológicos por parte de países occidentales. Además, hay una extrema escasez de talentos cuánticos de alta gama interdisciplinarios que combinen una base teórica profunda con experiencia en industrialización, lo que se ha convertido en un cuello de botella importante que limita el desarrollo de la industria.

La cruda realidad obliga a las empresas chinas a abrir su propio camino. Un responsable de Guoyi Quantum indicó que, para hacer frente a los desafíos externos, la empresa desarrolló y dominó de forma independiente tecnologías de base “duras”, como “generación y control de campos magnéticos de alta uniformidad y estabilidad”, “tecnología de microondas para control de espín” y “diseño y mecanizado de sensores cuánticos”, entre otras, impulsando que los instrumentos pasen de piezas centrales a sistemas completos bajo control autónomo y que sean gestionables de manera independiente. Al mismo tiempo, la empresa formuló planes de desarrollo claros: en la parte superior de la cadena, profundizar la cooperación de la cadena de suministro local, impulsar la I+D y la fabricación de componentes clave de forma independiente, y mejorar de manera integral la autonomía y la resiliencia de la cadena de suministro; en la parte inferior, apoyándose en “Quantum Sci-Tech Valley” para impulsar la construcción de una red global de aplicaciones, acelerando la industrialización y el aterrizaje de tecnologías cuánticas en campos como la manufactura industrial, la salud y la energía.

El vicepresidente de Guodun Quantum, Zhou Lei, señaló que cuando la tecnología de laboratorio se convierte en industrial, la clave está en lograr que los componentes centrales sean autónomos y controlables, y en impulsar que los productos se implementen de forma estable, confiable y con aplicación ingenieril y a gran escala. Durante el desarrollo de la empresa, se enfrentaron a una serie de desafíos, como suministro restringido de componentes electrónicos y componentes centrales, alta dificultad en la integración de productos terminales, complejidad de la ingeniería de redes, etc. Tomando como ejemplo el detector de fotón único: en los primeros años, los productos internacionales, con precios elevados y tasas bajas de productos en buen estado, restringían seriamente el desarrollo de la industria de comunicación cuántica de China. Ante el escenario pasivo de que el componente central “decuellaba” (la empresa se quedaba atascada), Guodun Quantum se unió con unidades con ventajas en el país; tras más de mil rondas de experimentos y avances para resolver problemas técnicos, desarrolló un detector de fotón único doméstico cuyo rendimiento era significativamente superior al de productos internacionales comparables. Esta serie de productos respaldó proyectos importantes como “Jinghu Ganxian” y “la red de comunicación segura cuántica de amplio espectro integrada de cielo y tierra”, sentando una base sólida para el desarrollo a gran escala de la comunicación cuántica.

En 2025, Guodun Quantum presentó el primer detector de fotón único de refrigeración profunda de cuatro canales del mundo. Actualizó los récords mundiales (600628) en indicadores clave como eficiencia de detección, ruido oscuro y grado de integración, y su volumen es solo 1/9 del de productos internacionales comparables. Actualmente, los productos de la serie de detectores de fotón único desarrollados de forma independiente por la empresa pueden satisfacer la gran mayoría de los escenarios de aplicación de detección de fotones únicos, y pueden ofrecer soluciones de alta relación costo-eficacia para aplicaciones reales como la distribución de claves cuánticas a ultra larga distancia y la imagen con fotones únicos.

Gracias a la planificación prospectiva de la Oficina de Ciencia y Tecnología de la provincia de Guangdong, el Instituto Internacional de Investigación Cuántica de Shenzhen estableció su estrategia relativamente temprano para el desarrollo de instrumentos centrales de la tecnología cuántica como máquinas de litografía electrónica, cabezales fríos criogénicos y criocoolers de dilución. Antes de que el extranjero impusiera prohibiciones de tecnología y bloqueos a China, las tecnologías relacionadas ya estaban prácticamente desarrolladas con éxito, logrando un avance para superar el bloqueo del “cuello de botella” tecnológico extranjero.

“Poner huevos en el camino” hacia la industrialización

En algún laboratorio de experimentos de computación cuántica, el reportero vio un par de coplas. En una de ellas se leía “Recabar datos atravesando espinas y abrojos; aprovechar el viento para abrir camino al núcleo”; la frase enmarcada en horizontal era “Nunca retirar el manuscrito”. La realidad es que, aunque la computación cuántica de nuestro país ya ha logrado publicar artículos clave y superar cuellos de botella tecnológicos, todavía necesita avanzar hacia la industrialización y la comercialización.

Zhou Lei dijo que la ruta de desarrollo de la tecnología cuántica no es la tradicional, que consiste en llevar al mercado cuando la tecnología está madura, sino una vía de innovación en la que se integra profundamente la investigación científica con la industria, siguiendo el enfoque de “poner huevos en el camino”.

“Poner huevos en el camino” es una forma de expresarlo en la industria de la tecnología cuántica, y significa que, durante el ascenso a las cimas científicas, los logros tecnológicos por etapas se convierten de manera oportuna en productos listos para su implementación. Este modelo de “poner huevos en el camino” recorre los tres grandes ámbitos de la comunicación cuántica, la computación cuántica y la medición cuántica, y también se está convirtiendo en la ruta central por la cual, durante el próximo tiempo, la tecnología cuántica pasa de los laboratorios hacia el mercado.

El director del Instituto Internacional de Investigación Cuántica de Shenzhen, el académico de la Academia de Ciencias de China, Yu Peng, le dijo al reportero que el desarrollo de instrumentos científicos debe lograr producción en lotes e industrialización (para realmente materializar el valor). En el pasado, muchos proyectos en otros países de desarrollo de instrumentos científicos hicieron prototipos, los superaron en la verificación, y luego se dejaron en pausa, lo que hizo que la tecnología finalmente se perdiera. Con ese antecedente, el Instituto Internacional de Investigación Cuántica de Shenzhen, con equipos jóvenes de los distintos grupos de I+D como equipo fundador, cada uno estableciendo empresas propias, se centra en convertir en industrialización diferentes tecnologías centrales y productos; los productos relacionados ya han comenzado a venderse en el mercado. Solo el año pasado, el instituto incubó ocho empresas tecnológicas de este tipo; entre ellas, empresas como Kunteng Zhuoyue ya han mostrado una fuerte capacidad de I+D y potencial de industrialización en el ámbito de hardware para computación cuántica. La práctica del Instituto Internacional de Investigación Cuántica de Shenzhen es un ejemplo típico de “poner huevos en el camino”.

Actualmente, aunque algunas empresas afirman haber logrado avances en la industrialización, la base general aún es relativamente débil. Por ejemplo, la mayoría de las empresas tienen como clientes a universidades y organismos de investigación, y el uso es para fines de investigación; el tamaño de mercado de estos escenarios es relativamente pequeño. En el futuro, aún se necesita ampliar aún más escenarios de aplicaciones a gran escala para uso civil, industrial, etc., impulsando que la industria logre una transición completa real desde el laboratorio hasta la cadena industrial.

Varios profesionales consultados en la industria señalaron que, en la actualidad, el desarrollo tecnológico de la computación cuántica todavía no alcanza la etapa comercial que el mercado imagina. La computación cuántica sigue siendo un instrumento de investigación; aún no ha surgido un nuevo poder de cómputo que pueda aterrizarse de manera efectiva, por lo que no puede brindar directamente servicios prácticos a empresas. Los clientes en la parte inferior también se limitan a institutos de investigación, universidades y algunas pocas empresas innovadoras, orientadas a pruebas técnicas e investigación. Además de lograr superioridad cuántica en unos pocos problemas matemáticos diseñados específicamente para computadoras cuánticas, la tarea central en la etapa actual de la computación cuántica sigue siendo ponerse al día con las computadoras clásicas.

“En el corto plazo, el objetivo central de las empresas de computación cuántica es sobrevivir; acumular continuamente tecnología, cultivar el mercado y esperar la madurez tanto de la tecnología como del mercado”. Yu Peng considera que la industria cuántica es una vía de largo plazo; y la computación cuántica necesita un periodo de cultivo de 5 a 10 años. Recomienda mantener una alta intensidad de inversión en I+D, perfeccionar el sistema de formación de talento, fortalecer la coordinación en la cadena industrial e impulsar el despliegue de capital paciente, para ayudar a que nuestro país pase de ser una gran potencia en tecnología cuántica a una potencia fuerte en tecnología cuántica, y para apoyar que, durante el “XV Plan Quinquenal”, se logren los objetivos de “liderazgo global en comunicación cuántica, avances prácticos en computación cuántica y aplicaciones a gran escala en medición cuántica”.

(Editor: Zhang Yan)

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