Pol Forn-Díaz: “Soc dels pocs investigadors al món que fan recerca amb els xips quàntics premiats als Nobel"

La primera vegada que Pol Forn-Díaz va sentir a parlar d’informació quàntica va ser en un curs d’estiu al bell mig del Pirineu aragonès. No feia gaire que havia acabat la carrera i es va quedar totalment fascinat en sentir Antonio Acín, un físic teòric de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), parlant d'informació quàntica. Poc després, en encetar el doctorat als Països Baixos, va conèixer grups de recerca que aplicaven la superconductivitat, un altre tema que li interessava, per a informació quàntica. Va ser una revelació que el va empènyer a fer “un salt al buit” i a llançar-se a investigar en aquest àmbit totalment nou.

Dues dècades més tard, aquest físic lidera el grup de tecnologia de computació quàntica a l’Institut de Física d’Altes Energies (IFAE), dedicat a desenvolupar circuits quàntics superconductors, una de les tecnologies més prometedores per construir aquestes tecnologies. És cofundador i director de tecnologia de Qilimanjaro Quantum Tech, una empresa pionera a Europa que treballa per construir ordinadors quàntics comercials.

El grup de recerca de Forn-Díaz és l’únic a Espanya i un dels pocs al món que fan una recerca basada en la física premiada als Nobel per desenvolupar xips quàntics per als ordinadors quàntics.

Què té a veure la seva recerca amb el Premi Nobel de Física?

— Enguany s’ha premiat la demostració que els circuits elèctrics també obeeixen les lleis de la física quàntica. La teoria quàntica es va fer per descriure el món microscòpic, però els tres físics guardonats van demostrar que també hi havia física quàntica en els circuits elèctrics i que els efectes es podien observar, perquè es manifesten a escala macroscòpica. I van combinar l’efecte túnel –que és el que fa possible que si agafes dos superconductors i els apropes molt, però deixant-hi una separació, el corrent elèctric passi per aquest buit– amb els circuits elèctrics per demostrar que la física que descrivia el circuit era la quàntica.

L’embrió dels bits quàntics, fonamentals per construir els ordinadors quàntics.

— Així és, els experiments que van fer als anys 80 n’eren una versió primitiva. Un cop tens els circuits superconductors pots plantejar-te com utilitzar-los, controlar-los, manipular-los, llegir-los de forma eficient. I quan ho aconsegueixes, disposes de bits quàntics. I és el que fem nosaltres: dissenyem, fabriquem i mesurem circuits quàntics superconductors. Som l’únic grup de recerca a Espanya i dels pocs al món que estem fent experiments amb aquests circuits. Realment, som un cas especial.

Quin tipus d’experiments?

— A l’IFAE fem recerca bàsica de la física dels circuits quàntics superconductors. I hem encetat recentment una nova línia d’investigació en què estem explorant com utilitzar bits quàntics per detectar camps magnètics, vibracions, radiació i, fins i tot, la radiació còsmica del fons de microones procedent del Big Bang. De fet, estic implicat en un projecte europeu per detectar la matèria fosca, que no sabem ni de què està formada.

Com fabriqueu aquesta tecnologia?

— Comencem a tenir maduresa per desenvolupar bits quàntics fets 100% a Catalunya i que funcionen. Utilitzem les sales blanques [un laboratori del qual s’han extret totes les partícules de pols que hi ha a l’aire] del campus de Bellaterra, les que hi ha a l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CCNM), al CSIC i a l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2). L’ICFO també en disposa d’una, i a l’IFAE comptem amb la màquina on evaporem el metall per dipositar-lo als circuits amb precisió total, nanòmetre a nanòmetre, fins a obtenir el gruix que volem.

Quin metall es fa servir?

— Alumini, el mateix material que van fer servir els investigadors del Nobel per fer els seus experiments. I els ordinadors quàntics de Google i d’IBM també estan fabricats amb aquest metall. I utilitzem refrigeració criogènica per mantenir els circuits a baixa temperatura, i per fer-ne el control fem servir senyals que estan en el rang de les microones, amb baixes potències.

Va investigar en dues institucions molt prestigioses, l’Institut Tecnològic de Califòrnia (Caltech) i l’Institut de Computació Quàntica de la Universitat de Waterloo, al Canadà. Per què va tornar a Catalunya?

— Quan vaig començar el doctorat, el 2005, feia només cinc anys que s’havia fet el primer experiment amb un circuit superconductor on es demostrava un control de l’estat quàntic. Aleshores s’investigava si controlant bé aquest circuit es podria fer servir com a bits quàntics d’un ordinador quàntic. No se sabia amb quins materials, però, i els circuits superconductors quàntics van aparèixer com a possibles candidats a finals dels 90. Quan vaig acabar el doctorat, encara estava tot en un ambient molt acadèmic. Però tot canvia quan el 2011 l’empresa americana IBM va decidir apostar per desenvolupar un ordinador quàntic amb aquests circuits. Això va propiciar que es comencés a desenvolupar la indústria quàntica per fer els superconductors. I el 2017 decideixo tornar a Catalunya per construir el primer laboratori de computació quàntica d’Espanya i en aquell moment del Mediterrani.

El va muntar al Barcelona Supercomputing Center (BSC-CNS), a Barcelona.

— Era el centre que havia començat a mostrar interès per la computació quàntica. Hi vaig estar treballant per desenvolupar el primer bit quàntic, que vam mesurar a l’ICN2. També vaig començar a col·laborar amb José Ignacio Latorre i Artur Garcia, dos experts en algoritmes quàntics, i junts vam fundar un spin-off del BSC, la Universitat de Barcelona i l’IFAE, Qiimanjaro, que ara ja té 70 persones. El mateix dia de l’abril del 2019 que arrencava l’empresa, entrava com a investigador a l’IFAE.

Coneix els investigadors premiats amb el Nobel?

— He visitat el laboratori de tots tres i tinc companys que hi han treballat directament. Tot i que el Nobel els hagi transformat en personatges públics, són investigadors, com nosaltres.