Las partículas cuánticas, como los átomos, electrones o fotones, son aquellas que se encuentran a escalas extremadamente pequeñas (escala microscópica). En esta escala, ocurren diferentes fenómenos que difieren de cómo se comporta la materia a escala macroscópica, es decir lo que podemos observar a simple vista. Aunque las propiedades y principios cuánticos son característicos de la escala microscópica, pueden ser aplicados para el desarrollo de múltiples tecnologías utilizadas hoy en día. En particular, la aplicación de las tecnologías cuánticas en medicina ya cuenta con ejemplos consolidados como el láser o la resonancia magnética nuclear (RNM).
Los avances logrados en los últimos años en este campo han permitido el desarrollo de nuevas tecnologías con gran potencial en el campo de la salud, como los sensores cuánticos, la computación cuántica y la criptografía cuántica. Estas tecnologías permitirán detectar y medir con gran sensibilidad pequeñas variaciones en sustancias, realizar cálculos de manera rápida y precisa, y mejorar el procesamiento y manejo de grandes volúmenes de datos. Además, posibilitarán la creación de sistemas de codificación y encriptación que harán las comunicaciones mucho más seguras que las actuales.
En un año en el que las Naciones Unidas han elegido 2025 como el Año Internacional de las Ciencias y Tecnologías Cuánticas, en conmemoración del centenario del descubrimiento de uno de los principios fundamentales de la física cuántica, el principio de indeterminación de Heisenberg, la Fundación Instituto Roche ha publicado un nuevo Informe Anticipando sobre Tecnologías Cuánticas en la medicina del futuro, elaborado desde el Observatorio de Tendencias en la Medicina del Futuro.
En palabras de la directora gerente de la Fundación Instituto Roche, Consuelo Martín de Dios, “las posibilidades que ofrecen las tecnologías cuánticas permitirán grandes avances en el campo de la investigación sanitaria y de la seguridad y privacidad de los datos en un entorno sanitario cada vez más digitalizado, así como contribuir a la implementación de la Medicina Personalizada de Precisión al mejorar la capacidad de predicción, prevención, diagnóstico precoz, y desarrollo de tratamientos innovadores y personalizados”.
En el ámbito de la investigación biomédica y clínica, se espera que la aplicación de las tecnologías cuánticas, y en concreto de los sensores y la computación cuántica, tengan un mayor impacto. Para el coordinador del informe, profesor y catedrático de Física Teórica en la Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Dr. Miguel Ángel Martín-Delgado, “los sensores y la computación cuántica permitirán un conocimiento más profundo y una mejor comprensión de las enfermedades y sus causas, a través del desarrollo de nuevas técnicas instrumentales, además del diseño de nuevos modelos de ensayos clínicos y la identificación de dianas moleculares y el descubrimiento de medicamentos”.
Los sensores cuánticos, tal y como explica el Dr. Martín-Delgado, son dispositivos extremadamente sensibles capaces de detectar cambios minúsculos en el entorno, que pasan desapercibidos por los sensores tradicionales. Por su parte, la computación cuántica se caracteriza por tener un potencial computacional mucho mayor que la computación clásica. Como indica el Dr. Martín-Delgado, la unidad de información básica en la computación cuántica es el cúbit, que puede existir en múltiples estados simultáneamente (a diferencia del bit, la unidad empleada en la computación convencional), “lo que permite incrementar exponencialmente la información generada y realizar múltiples cálculos en paralelo con gran precisión, permitiendo el procesamiento de grandes volúmenes de datos a velocidades sin precedentes”.
Ensayos clínicos más eficientes y económicos
Las tecnologías cuánticas tienen aplicaciones prometedoras en la identificación de dianas moleculares y el descubrimiento de fármacos. Dada la elevada sensibilidad de los sensores cuánticos para el análisis de la composición química de muestras y medición precisa de microvolúmenes, pueden ser aplicados, por ejemplo, en los organ-on-a-chip, que permiten generar un entorno biológico que simula el comportamiento natural de los órganos humanos y, de este modo, estudiar el efecto terapéutico de los fármacos sin necesidad de recurrir a modelos animales. “La elevada sensibilidad de los sensores, sumado a que requieren de muestras muy pequeñas, permiten realizar ensayos clínicos más eficientes y económicos, mejorando la calidad de los datos y acelerando el desarrollo de nuevos tratamientos y medicamentos”, arguye el Dr. Martín-Delgado.
En cuanto a la computación cuántica, permite simular interacciones moleculares complejas, lo cual es crucial para el diseño de fármacos. “Utilizando algoritmos cuánticos, los investigadores pueden identificar más rápidamente moléculas prometedoras que podrían funcionar como medicamentos, reduciendo el tiempo y costo del desarrollo farmacéutico”, precisa.
En el contexto de la práctica clínica, el desarrollo de nuevas herramientas y modelos predictivos mediante el uso de la computación cuántica abrirá nuevas posibilidades en la Medicina Preventiva y la Salud Pública de Precisión. De esta manera, “la computación cuántica podría desarrollar modelos predictivos más precisos para la prevención de enfermedades, analizando grandes volúmenes de datos epidemiológicos y genómicos para predecir brotes y diseminar medidas preventivas a tiempo”, destaca el Dr. Martín-Delgado.
Por otro lado, se están desarrollando distintas tecnologías cuánticas para ofrecer diagnósticos más precisos y tempranos. De acuerdo con el experto, se está desarrollando la aplicación de los sensores cuánticos para detectar biomarcadores con una alta sensibilidad y especificidad. “Esto podría permitir diagnósticos más tempranos de enfermedades como el cáncer y enfermedades infecciosas”, apunta el Dr. Martín-Delgado. Asimismo, asegura que la aplicación de esta tecnología supondrá la “mejora en técnicas de imagen como la resonancia magnética nuclear (RMN) a través de la hiperpolarización cuántica, que permite obtener imágenes médicas con mayor resolución, facilitando la identificación y monitorización de enfermedades en etapas tempranas”.
Métodos de encriptación seguros
La generación masiva de datos en salud, y dada su la naturaleza, hace necesario contar con mecanismos y sistemas de protección que garanticen el intercambio de información, el anonimato de los individuos, asegurando la confidencialidad, protección y privacidad de las personas en todo momento.
En este contexto, las tecnologías cuánticas, a través de la criptografía cuántica, proporcionan métodos avanzados para proteger la información médica. Como señala el Dr. Martín-Delgado, la criptografía cuántica “ofrece métodos de encriptación extremadamente seguros al utilizar claves que son prácticamente imposibles de descifrar con tecnologías actuales. Esto asegura la protección de la información médica durante el intercambio y almacenamiento, algo crucial en la digitalización de los datos de salud”. Esta tecnología permitirá el desarrollo de protocolos de comunicación cuántica en el ámbito de la salud capaces de verificar la identidad de un usuario o dispositivo antes de permitir el acceso a los datos o a los sistemas, “evitando que agentes externos tenga acceso a los mismos”, subraya el Dr. Martín-Delgado.
En esta línea, el experto asegura que las técnicas de criptografía cuántica, como la Distribución Cuántica de Claves (QKD), están diseñadas para asegurar que los datos médicos sensibles sean transmitidos de manera que no puedan ser descifrados, “mejorando la seguridad en el intercambio de información entre instituciones médicas”. Por otro lado, destaca el papel de esta tecnología para el desarrollo de redes de comunicación segura. Concretamente, tal y como evidencia el Dr. Martín-Delgado, “proyectos como el MadQCI (Madrid Quantum Communications Infrastructure) están empezando a implementar redes de comunicación cuántica para asegurar la transmisión de datos clínicos entre hospitales y centros de investigación, protegiendo la privacidad de los pacientes y la integridad de los datos”.
Los grandes avances producidos en las tecnologías cuánticas en los últimos años permiten entrever el gran potencial en la medicina del futuro. Sin embargo, todavía se encuentran en fases tempranas de su desarrollo, mientras que su integración en el sistema sanitario requiere de la generación de evidencia sólida y la creación de infraestructuras adecuadas. Además, será necesario afrontar una serie de desafíos y limitaciones técnicas, de implementación y de capacitación para asegurar una integración efectiva, con el objetivo de aprovechar al máximo su potencial y trasladar sus innovaciones al ámbito de la medicina del futuro.
Los expertos autores del informe han identificado una serie de recomendaciones para hacer frente a estos retos, y así maximizar los beneficios de las tecnologías cuánticas en la medicina. En este sentido, recomiendan impulsar el desarrollo de una estrategia integral de tecnologías cuánticas, y establecer un marco regulatorio que facilite la investigación y su uso en salud; el Dr. Martín-Delgado considera esencial “potenciar la inversión pública y promover la financiación de startups y empresas emergentes que están trabajando en la integración de tecnologías cuánticas en medicina”. “A medida que se superen los desafíos técnicos y de implementación, las tecnologías cuánticas se integrarán cada vez más en los sistemas de salud, fomentando innovaciones que mejorarán la salud global y elevarán la calidad de vida a nivel mundial”, concluye el Dr. Martín-Delgado.
