El físico Frank Pollmann recibió el Premio Leibniz 2026, destacando la complejidad de la materia en la investigación cuántica y su impacto en la tecnología de computación cuántica.
El físico Prof. Frank Pollmann ha sido reconocido con el prestigioso Premio Gottfried Wilhelm Leibniz 2026. En una reciente entrevista, aborda por qué la materia a veces sigue leyes propias, su relevancia para los ordenadores cuánticos y cómo se percibe la investigación cuántica en el ámbito público.
¿Por qué es tan compleja la física de muchas partículas?
La complejidad crece de manera exponencial con cada partícula cuántica adicional, lo que hace que las ecuaciones solo se puedan resolver en casos excepcionales utilizando lápiz y papel. Incluso los superordenadores actuales solo pueden simular grupos diminutos de aproximadamente 30 partículas con precisión, lo cual no es suficiente para comprender la física subyacente.
Cuando muchas partículas interactúan, pueden surgir propiedades colectivas completamente nuevas que no se pueden deducir del comportamiento de las partículas individuales. Un ejemplo clásico es el agua: una sola molécula no es ni líquida ni sólida; solo al combinarse muchas moléculas se forman cristales de hielo o se generan olas en el océano. En el mundo cuántico, fenómenos similares ocurren, donde interacciones colectivas dan lugar a nuevos y a menudo inusuales estados de la materia que siguen sus propias reglas. Entre estos se encuentran las llamadas *líquidos cuánticos*, donde los portadores de carga llevan fracciones de carga elemental, materiales que conducen electricidad sin pérdidas a temperaturas muy bajas y sistemas que desarrollan fases topológicas exóticas.
¿Qué son exactamente las fases topológicas?
Las fases topológicas son estados especiales de la materia cuyas características más importantes no dependen de la disposición microscópica exacta de las partículas. Una analogía conocida proviene de la geometría: una taza de café y un donut son considerados topológicamente equivalentes porque ambos tienen un agujero, aunque su apariencia sea totalmente diferente. De igual forma, en materiales topológicos ciertas propiedades permanecen inalteradas incluso si el sistema se deforma o perturba.
Esta robustez permite que corrientes eléctricas fluyan a lo largo de los bordes de un material topológico sin ser dispersadas por defectos, impurezas o desorden. Esta estabilidad no proviene de una perfección técnica, sino de principios matemáticos fundamentales.
¿Por qué se investigan intensamente estas fases?
Los estudios sobre fases topológicas han transformado fundamentalmente nuestra comprensión de la materia, revelando que las teorías convencionales sobre sólidos no abarcan toda clase posible de estados. Este descubrimiento llevó a una reevaluación en la clasificación de la materia, un avance reconocido con un Premio Nobel en 2016. Además, estos estados son tecnológicamente interesantes debido a su potencial para desarrollar nuevas tecnologías revolucionarias.
¿Cuáles son estas tecnologías?
Las fases topológicas son altamente resistentes al ruido y a imperfecciones, lo cual puede ayudar a superar limitaciones prácticas centrales en tecnologías modernas como las pérdidas energéticas en electrónica o la alta propensión a errores en sistemas cuánticos actuales. Aunque muchas aplicaciones aún están en fase experimental, su potencial a largo plazo es enorme e incluye desde electrónica eficiente hasta sensores precisos y nuevas plataformas para procesamiento informático.
¿Son relevantes estas fases para el computo cuántico?
Ciertamente existen ideas concretas sobre cómo podría funcionar teóricamente. Algunos estados cuánticos permiten almacenar información no localmente, protegiéndola mejor contra errores. Este principio fundamenta el concepto del *computing cuántico topológico*. El objetivo es desarrollar qubits cuya estabilidad surja directamente de la física misma, evitando depender de costosas correcciones externas.
A medida que los ordenadores cuánticos ganan importancia como herramientas de investigación, muchos sistemas cuánticos complejos son difíciles de representar en ordenadores clásicos; sin embargo, los procesadores cuánticos pueden simular estos sistemas directamente. En nuestras investigaciones actuales hemos logrado simular fases topológicas en ordenadores cuánticos contemporáneos, ampliando así nuestro repertorio teórico y abriendo acceso a estados cuánticos que serían prácticamente inalcanzables para algoritmos clásicos.
"Es crucial establecer una conexión sólida entre la física cuántica fundamental y el desarrollo tecnológico." - Frank PollmannEl año 2025 fue designado como el Año Internacional de la Física Cuántica. ¿Qué impacto tuvo esto en su campo?
Dicha celebración aumentó notablemente la visibilidad del trabajo relacionado con la investigación cuántica. Especialmente el *computing cuántico* ahora se ve como una tecnología potencialmente transformadora más allá del ámbito académico especializado.
A pesar del creciente interés, es fundamental destacar que muchas tecnologías cuantitativas todavía están en etapas iniciales. Aún queda por determinar qué problemas podrán resolver eficientemente los ordenadores cuánticos y cuáles serán sus beneficios reales a largo plazo; por ello, una sólida investigación básica sigue siendo indispensable.
En los próximos años será esencial fortalecer los vínculos entre la física cuántica fundamental y el desarrollo tecnológico innovador. Uno de los objetivos será identificar qué materiales ofrecen las mejores condiciones para implementar tecnologías cuantitativas.
Sobre Frank Pollmann: Es profesor titular en Teoría Cuantitativa del Estado Sólido en TUM School of Natural Sciences y ha sido premiado por sus métodos innovadores para simular modelos complejos dentro del ámbito cuantitativo. Su trabajo ha impulsado significativamente la investigación internacional en este campo.