Este hombre ha cazado al gato más famoso de la física

De todos los animales imaginarios de la ciencia, el gato de Schrödinger es posiblemente el más famoso. Ese felino que está vivo y muerto a la vez hasta que alguien lo comprueba sirvió para analizar los principios básicos de la mecánica cuántica. Uno de ellos dice que una partícula puede estar en dos estados diferentes al mismo tiempo, como el gato que vive y está muerto a la vez. Durante décadas, aquel gato ideado por Erwin Schrödinger en 1935 no fue más que un ejercicio mental. Tuvieron que pasar dos generaciones de físicos para que naciera el hombre capaz de atraparlo. Ese hombre es el francés Serge Haroche. Durante el banquete de la gala de los premios Nobel en 2012, Haroche no dudó en explicar que él y su colega estadounidense David Wineland habían ganado el prestigioso galardón por "crear una versión en miniatura del famoso gato". En concreto, lo que Haroche había logrado era cumplir un sueño perseguido por el mismísimo Albert Einstein. A principios del siglo XX, el genio alemán había predicho algunas de las propiedades de los fotones. El fotón era como un superhéroe de la física: una partícula y una onda a la vez, podía estar en dos lugares al mismo tiempo y si se lo intentaba detener, desaparecía. En dos experimentos fundamentales en 1996 y 2006, Haroche y su equipo atraparon por primera vez fotones en una trampa magnética y pudieron observarlos durante fracciones de segundo, todo un récord.

Domar a ese gato de Schrödinger en miniatura que es el fotón puede traer una nueva generación de comunicaciones y computación cuántica virtualmente imposibles de espiar o hackear. Esa posibilidad es especialmente interesante tras las revelaciones de que los gobiernos espían a millones de personas en Internet. La física cuántica también promete crear capas de invisibilidad o teletransportación, "aunque todo tiene sus límites", advierte Haroche.

"No podremos teletransportar objetos macroscópicos", explica Haroche, que ha visitado Madrid para impartir una conferencia en el Instituto Francés. De hecho, el Nobel considera que los ordenadores cuánticos, basados en superposiciones de estados (vivos y muertos a la vez) en lugar de en ceros y unos como en la actualidad, están aún lejos. "Todo el mundo habla del ordenador cuántico, pero yo no creo que vaya a ser realidad en el futuro próximo", comenta.

"Las leyes de la cuántica se pueden usar para comunicarse sin que sea posible espiar, ni siquiera usando un ordenador cuántico", reconoce Haroche. "Esta es la razón por la que hay gobiernos y agencias interesadas en desarrollar este tipo de investigaciones". Tras las revelaciones de que la NSA de EE.UU. espiaba los datos de millones de personas en Internet, se supo hace unos meses que la misma agencia lleva tiempo desarrollando un ordenador cuántico. Pero Haroche señala que a pesar del interés incipiente por esta nueva tecnología, posiblemente el tiro les salga por la culata, porque las aplicaciones de las propiedades cuánticas pueden ser totalmente inesperadas. "Lo que nos interesa ahora de este campo no es necesariamente lo que traiga adelantos en el futuro. Si miramos atrás, la mayoría de los adelantos tecnológicos no han sido predecibles. La investigación básica descubre nuevos fenómenos y la forma en la que se usan es impredecible. Todas las aplicaciones de los láseres, las resonancias magnéticas, los relojes atómicos, todas son aplicaciones que nadie predijo", advierte el francés.

Una de las aplicaciones 'inesperadas' podría surgir de la llamada simulación cuántica. "Es un simulador cuántico porque usa sistemas cuánticos para imitar lo que sucede en el mundo real. Esto nos puede mostrar cómo construir y sintetizar nuevos materiales", explica el físico. La simulación cuántica pone "átomos o fotones en una forma determinada e imita su comportamiento en un objeto sólido real, pero a escala diferente. En un objeto sólido los átomos pueden estar a una distancia de una diez mil millonésima parte de un metro. Aquí podemos ponerlos a distancias 1.000 o 10.000 veces mayores, controlar sus interacciones y observar lo que sucede, que es lo mismo que pasa en ciertos materiales reales que no podemos observar a ese detalle", explica.

EL FUTURO DE LA ENERGÍA

¿Y para qué servirán esos materiales? Por ejemplo, para generar superconductores a temperatura de ambiente. Esto, a su vez, tendría beneficios evidentes en la vida cotidiana, detalla Haroche. "La superconductividad a temperatura ambiente permitiría transportar electricidad sin tener ninguna pérdida. Tendría un impacto enorme en el terreno de la energía". A sus 69 años, Haroche dice que el Nobel ha cambiado su vida porque ahora le llaman los periodistas y le preguntan por física cuántica, algo que le podía parecer impensable hasta hace solo unos años. Por lo demás, a parte de viajar por el mundo dando conferencias, su equipo del College de France sigue perfeccionando sus trampas para esos gatos en miniatura que son los fotones.

"Estamos intentando hacerlo mejor. Preparar estados de unos cuantos fotones que se llaman estados no clásicos, es decir, que exhiben propiedades cuánticas. Esos estados son muy frágiles, así que intentamos protegerlos para mantener sus propiedades cuánticas por el mayor tiempo posible", comenta. ¿Y por qué los fotones son como el gato? Los fotones mantienen "la superposición de dos estados que tienen diferentes propiedades e intentamos mantener esa ambigüedad cuántica el mayor tiempo posible". Así, aunque atrapado, el gato sigue estando vivo y muerto a la vez.

Logran cambiar, desde el presente, un evento del pasado

Un grupo de físicos acaba de lograr lo que parecía imposible: modificar desde el presente un evento que ya había sucedido con anterioridad. La hazaña se ha conseguido aprovechando una extraña capacidad de las partículas subatómicas que ya había sido predicha, pero que jamás hasta ahora había podido ser demostrada. El espectacular hallazgo se publica en Nature Physics.

A la larga lista de propiedades extraordinarias de las partículas subatómicas habrá que añadir, a partir de ahora, su capacidad para influir en el pasado. O, dicho de otra forma, para modificar acontecimientos ya sucedidos. El concepto clave que permite este nuevo y sorprendente comportamiento es un viejo conocido de los físicos: el entrelazamiento cuántico, un fenómeno aún no del todo comprendido y que consiste en una suerte de "unión íntima" entre dos partículas subatómicas sin importar a qué distancia se encuentren la una de la otra. Cuando dos partículas están 'entrelazadas', cualquier modificación que llevemos a cabo sobre una se reflejará de inmediato en la otra, aunque ésta se encuentre en el otro extremo de la galaxia.

Ahora, y por primera vez, un grupo de investigadores ha conseguido entrelazar partículas después de haberlas medido, es decir, a posteriori y en un momento en que alguna de ellas podría haber dejado ya de existir.

Suena desconcertante, es cierto. Incluso los propios autores del experimento se refieren a él como 'radical' en el artículo que aparece en Nature Physics. "Que estas partículas estén o no entrelazadas -reza el artículo, cuyo primer firmante es Xiao-song Ma, del Instituto de Óptica Cuántica de la Universidad de Viena- es algo que se decidió después de haberlas medido".

En esencia, los investigadores han conseguido demostrar que acciones llevadas a cabo en el futuro pueden ejercer influencia en eventos del pasado. Siempre y cuando, claro, limitemos la experiencia al ámbito de la Física Cuántica.

ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO

Allí, en el extraño mundo de las partículas subatómicas, las cosas suceden de forma muy diferente a como lo hacen en el mundo 'real' y macroscópico que podemos ver y tocar cada día a nuestro alrededor. De hecho, cuando el entrelazamiento cuántico fue predicho por primera vez, el mismísimo Albert Einstein expresó su disgusto por la idea calificándola de 'acción fantasmal a distancia'.

Después, durante las últimas décadas, el entrelazamiento fue probado cientos de veces en laboratorio, sin que hasta el día de hoy los físicos hayan podido averiguar cómo puede producirse esa especie de 'comunicación instantánea' entre dos partículas que no están en contacto físico. Ahora, el equipo de la Universidad de Viena ha llevado el entrelazamiento un paso más allá, y ha conseguido lo que nadie había podido hacer hasta ahora.

EL EXPERIMENTO SE ELABORÓ CON PARTÍCULAS DE LUZ

Para realizar su experimento, los físicos partieron de dos parejas de partículas de luz, esto es, de dos 'paquetes' de dos fotones cada uno. Cada una de las dos partículas de cada pareja de fotones estaban entrelazadas entre sí. Más tarde, un fotón de cada pareja fue enviado a una persona hipotética llamada Victor. Y de las dos partículas (una por pareja) que quedaron detrás, una fue entregada a Bob y la otra a Alice. (Bob y Alice son los nombres que se utilizan habitualmente para ilustrar los experimentos de Física Cuántica).

Víctor, al tener un fotón de cada pareja entrelazada, tiene pleno control sobre las partículas de Bob y Alice. ¿Pero qué sucedería si Victor decidiese entrelazar a su vez sus dos partículas? Al hacerlo, también los fotones de Bob y Alice (ya entrelazados con cada uno de los dos fotones en poder de Víctor), se entrelazarían el uno con el otro. Lo bueno es que Víctor puede decidir llevar a cabo esta accíon en cualquier momento que quiera, incluso después de que Bob y Alice hubieran medido, modificado o incluso destruído sus propios fotones.

"Lo realmente fantástico -afirma Anton Zellinger, también de la Universidad de Viena y coautor del experimento- es que esa decisión de entrelazar los dos fotones puede ser tomada en un momento muy posterior. Incluso en uno en que los otros fotones podrían haber dejado de existir".

UN EXPERIMENTO PREDICHO HACE 12 AÑOS

La posibilidad de llevar a cabo este experimento había sido predicha en el año 2000, pero hasta ahora nadie había conseguido realizarlo. "La forma en que entrelazamos las partículas -explica Zeilinger- es enviándolas hacia un cristal cuya mitad es un espejo. El cristal, por lo tanto, refleja la mitad de los fotones y deja pasar a la otra mitad. Si tu envías dos fotones, uno a la izquierda y otro a la derecha, cada uno de ellos olvidará de dónde procede. Es decir, perderán sus identidades y ambos quedarán entrelazados".

Zeilinger asegura que la técnica podrá ser usada algún día para la comunicación ultrarrápida entre dos computadoras cuánticas, capaces de usar el entrelazamiento para almacenar información. Por supuesto, una máquina así no existe todavía, aunque experimentos como el descrito suponen un paso muy firme hacia ese objetivo.

"La idea -asegura Zeilinger- es crear dos pares de partículas, y enviar una a un ordenador y la otra al otro. Entonces, si entrelazamos esas partículas (como en el experimento), los dos ordenadores podrán utilizarlas para intercambiar información".

FUENTE: ABC Periódico Electrónico S.A.