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Mitos y verdades de “lo cuántico”

Desde principios del siglo XX, la mecánica cuántica ha desbancado por completo a las teorías tradicionales de la física newtoniana clásica. El hecho de que esta teoría se base fundamentalmente en elementos que no se pueden “ver” —átomos, quarks, fotones— y en todo aquello que compone la realidad en la escala nanométrica, a la vez que discrepa de nuestro “sentido común”, es la principal causa de su desconocimiento.

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Isabel Izquierdo-Barba
2016-07-22

Dra. Isabel Izquierdo-Barba,
Departamento de Química Inorgánica y Bioinorgánica, Facultad de Farmacia,
Universidad Complutense de Madrid, España.
Networking Research Center on Bioengineering, Biomaterials and Nanomedicine,
CIBER-BBN, Spain

Desde principios del siglo XX, la mecánica cuántica ha desbancado por completo a las teorías tradicionales de la física newtoniana clásica. El hecho de que esta teoría se base fundamentalmente en elementos que no se pueden “ver” —átomos, quarks, fotones— y en todo aquello que compone la realidad en la escala nanométrica, a la vez que discrepa de nuestro “sentido común”, es la principal causa de su desconocimiento.

Sin embargo, fuera de sus rarezas y de su ignorancia, la teoría cuántica invade nuestro día a día en forma de smartphones, luces led, pagos por Internet, etc... Más aún, “lo cuántico” aparece cada vez más en términos como “sanación cuántica” y “medicina cuántica”, y se ha convertido en la palabra de moda en nuestro mundo moderno. Sin embargo, su relevancia científica en estos términos es puramente accidental, sin apenas tener un argumento científico. Todo este boom ilustra que “lo cuántico” posee una mística más allá de lo científico.

UN VIAJE AL MUNDO NANOSCÓPICO
Este fascinante viaje comenzó a principios del siglo XX, con los hallazgos científicos de los llamados padres de las teorías cuánticas, Max Planck, Albert Einstein y Niels Bohr. Desde entonces, han sido muchos los hallazgos que han contribuido, paso a paso, a un avance continuo de esta tecnología. Hoy en día, Planck, Einstein y Bohr estarían completamente fascinados con los avances tecnológicos realizados desde sus descubrimientos…

La belleza de la mecánica cuántica es su poca concesión al sentido común, teniendo numerosas paradojas. Quizás, la más famosa es la conocida paradoja del gato de Schrödinger: según la mecánica cuántica, todas las partículas atómicas pueden estar en varios estados a la vez. Es la acción de medir algún parámetro (velocidad, posición, etc.) la que lleva a la manifestación de un estado determinado. En la paradoja de Schrödinger se hace un símil de un gato cuántico encerrado en una habitación hermética junto a una trampa mortal: está vivo y muerto al mismo tiempo hasta que se abre la puerta del recinto. El acto de abrir la habitación, es decir, la observación o medida, es lo que hace que el gato asuma uno de los dos estados posibles: vivo o muerto.

Al propio Einstein, escéptico con su célebre frase: “¿La luna existe solo cuando la miramos?”, no le entraba en la cabeza que una partícula —o un gato— pudiera estar en varios sitios a la vez.

En el mundo que conocemos, un objeto y sus propiedades siempre van juntos. Por ejemplo, una pelota que gira no puede separarse de su rotación. La teoría cuántica predice que una partícula puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como su polarización o su momento magnético o incluso su spin. Los investigadores expertos en este campo, lo explican mediante la paradoja del gato y su sonrisa: “Encontramos el gato en un lugar y su sonrisa en otro”. El fenómeno recibe el nombre del enigmático felino de Alicia en el país de las maravillas, el “gato de Cheshire cuántico” que se desvanece dejando su sonrisa flotando en el aire. Nos quedamos un poco extrañados con esta afirmación, como lo hace Alicia en su cuento: “He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato. ¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!”.

Sin duda, la mecánica cuántica predice efectos que desafían nuestra intuición, nuestro sentido común. Niels Bohr decía que “aquel que no se extrañe cuando le expliquen la mecánica cuántica, es que no ha comprendido nada”.

Según aseguran expertos en mecánica cuántica, comoJuan Ignacio Cirac, uno de los físicos pioneros en el campo de la computación cuántica y director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania, según las leyes de la física cuántica, que rigen el mundo microscópico, cuando nadie observa una partícula esta no tiene características definidas y puede presentar todos los valores de las propiedades a la vez. Una extraña particularidad que constituye la base de la computación cuántica y, por tanto, del funcionamiento de los ordenadores cuánticos. Asimismo, la física cuántica también puede ser aplicada a la informática, en lo que llamamos la comunicación cuántica. Esta disciplina permite enviar información de un sitio a otro que esté alejado sin que pase la información por el medio, lo que conseguirá que nadie pueda interceptar dichos datos y la comunicación sea mucho más segura.

UNA NUEVA ERA: LOS ORDENADORES CUÁNTICOS
El primer ordenador programable de la historia, el Z1, fabricado en 1936, era una enorme calculadora de 1.000 kilogramos de peso que tardaba diez segundos en hacer una simple multiplicación. ¿Quién iba a pensar entonces en la posibilidad de fabricar un ordenador portátil de menos de 500 gramos de peso con los veloces procesadores actuales?

Como los ordenadores de hoy día, los ordenadores cuánticos se utilizarán para resolver problemas (predecir el tiempo, buscar en bases de datos, etc.). La diferencia radica en el proceso que tiene lugar en su interior. En un ordenador cuántico, la información se almacena en qubits, llamados bits cuánticos, que, a diferencia de un bit, que representa un 0 o un 1, pueden transmitir esos dos estados y una variedad ilimitada de estados intermedios (infinitos). Esta propiedad hace que la velocidad de procesamiento supere desmesuradamente a la de los aparatos actuales. Existen en la actualidad pequeños prototipos de ordenadores cuánticos, pero según los expertos todavía quedan 50 años para su completo desarrollo. Los científicos saben cómo construirlos, cómo tienen que funcionar y qué programas ejecutar. El problema es que necesitan unas condiciones muy especiales para su fabricación y todavía no tenemos la tecnología suficiente. En términos de medida, un ordenador cuántico de 30 qubits equivaldría a un procesador de 10 teraflops (10 millones de millones de operaciones por segundo), cuando los ordenadores actuales trabajan en el orden de los gigaflops (miles de millones de operaciones).

La NASA y Google trabajan desde 2013 con un sistema de este tipo, llamado D-Wave 2x, para investigar las posibles aplicaciones de la computación cuántica en inteligencia artificial y aprendizaje automático.

MISTICISMOS DEL TÉRMINO “CUÁNTICO”
Ahora bien, si investigamos sobre el término “cuántico”, nos encontramos con gran multitud de aplicaciones, como dietas cuánticas, curación cuántica, homeopatía cuántica, elixires cuánticos, salud cuántica, medicina cuántica integral, energía cuántica… El abuso al que someten algunos al adjetivo cuántico es desmesurado y con fines publicitarios. La palabra cuántico suena a misteriosa, a ciencia, y la gente puede pensar que es algo fiable. Sin embargo, la mayoría de las cosas que se anuncian como cuánticas no tienen nada que ver con la física cuántica y los principios que la gobiernan. En algunos casos, esa relación se hace por desconocimiento y para hacer el producto más vendible.

Sin duda, el término cuántico está de moda, y aunque sus leyes escapan a nuestra intuición y nos generan un desconocimiento intrínseco, no debemos olvidar que las aplicaciones de la física cuántica, tanto a nivel informático como criptográfico, están llamadas a cambiar el mundo que nos rodea en las próximas décadas.

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