El viernes 29 de febrero, la revista Science dedicó una sección especial al extraño y maravilloso mundo de la física cuántica, la física del átomo y de sus componentes: ¿gases cuánticos?, ¿sólidos cuánticos, cristales que se comportan como líquidos cuánticos? Todo ello con próximas aplicaciones industriales, pero ¿cuántos físicos tenemos que nos puedan explicar qué es eso? Quién sabe, pero ojalá sean más de cien. Lo deseo, porque serán los pilares de un futuro que llegó ya.
Por lo pronto, podemos conformarnos con la presentación hecha por Ian Osborne y Robert Coontz, titulada “Quantum wonderland”. En breve, dicen los autores que, como Alicia en su país de las maravillas, los físicos también tienen acceso a dos mundos: el clásico y el cuántico. Ambos habitados por las mismas partículas-onda que forman la materia y la radiación.
El mundo macroscópico, o clásico, nos resulta familiar y está modelado por leyes clásicas. Pero si reducimos la temperatura lo suficiente, entramos al mundo cuántico en donde los componentes de la materia dan origen a estados que no vemos en el mundo clásico.
Allí las cosas se vuelven tan raras que es posible que “los objetos puedan ser enlazados y estén en múltiples lugares a la vez”.
Cuando la materia es enfriada a temperatura cercana al cero absoluto, sus componentes (partículas-onda, átomos, hasta moléculas) interaccionan en forma cooperativa que produce nuevos y extraños estados de la materia, con propiedades asombrosas: superconductores, superfluidos, ahora supergases y supersólidos con características que los físicos apenas están descubriendo.
El extraño mundo de la física cuántica puede ofrecer una forma de rebasar los actuales límites en velocidad, eficiencia y exactitud en la computación, las comunicaciones y las mediciones, dice Seth Lloyd, investigador del MIT (Massachusetts Institute of Technology). Hay límites, si pensamos conforme a la física clásica, que ya están constriñendo cosas como el desarrollo de chips para computadora y los sistemas de medición precisa, pero “una vez que piensas en términos de física cuántica, puedes comenzar a rebasar esos límites”, concluye. Lo que llama “funky effects” (efectos de espanto) de la cuántica, como el enlace de partículas, podrían pronto dominarse para transformar la computación. Los límites físicos en microscopios y sistemas ópticos levantados por las dimensiones de las ondas de luz, también se abatirían al emplear efectos cuánticos, como lo probaron, desde 1996, Kwiat y otros con su maravilloso “Quantum seeing in the dark”: el estudio de un objeto, por medios cuánticos, para que no lo toque ni siquiera un rayo de luz… y se pueda “ver”.
Los efectos cuánticos también se usarán para construir chips de computadora con eficiencia ahora ni siquiera imaginable. La forma de guardar y de recuperar información, usando los principios cuánticos y no los de la física clásica, están ahora mismo siendo inventados por Lloyd y sus colegas. La propiedad del mundo subatómico llamada “enlace”, por la que dos partículas separadas pueden afectarse una a la otra de forma instantánea, sin importar la distancia a que se encuentren, es uno de los efectos cuánticos con aplicaciones más asombrosas, desde la teleportación de objetos hasta la producción de relojes más exactos.
Hace años que las aplicaciones posibles de la cuántica se han venido previendo, pero los experimentos más recientes permiten suponer que en poco tiempo pasarán, de resultados obtenidos por científicos de primera línea, a las líneas de producción en masa.
En la sección especial citada, Lloyd entra al difícil tema de la información cuántica. Con su artículo plantea el rol que la información cuántica desempeña para determinar los aspectos cuánticos de la materia.
“Comenzando con los conceptos gemelos de información y entropía, el artículo discute cómo la teoría de la información cuántica nos provee con nuevos conceptos y técnicas para entender cómo se comporta la materia en sus más microscópicos niveles”.
En primer término, la información no es tan inmaterial como parece, sostiene Lloyd. Hacia fines del siglo XIX, Maxwell (a quien debemos la unificación en pocas ecuaciones de la electricidad y el magnetismo con la luz), Botzmann y Gibbs habían establecido firmemente que una cantidad física llamada entropía (“vuelta” en griego), que limita la eficiencia de las máquinas, era de hecho una modalidad de información: información acerca de los movimientos microscópicos de átomos y moléculas. El primer artículo de Max Planck con las bases de la cuántica, el de 1901, “estableció que el universo era, en el fondo, digital”… ¡Matrix!
“Quantum Information Matters”, Seth Lloyd, Department of Mechanical Engineering, MIT. Correo: slloyd@mit.edu
Contacto: Elizabeth Thomson, thomson@mit.edu Massachusetts Institute of Technology: “Turning ‘funky’ quantum mysteries into computing reality”.
Mi página web: www.luisgonzalezdealba.com
