Serge Haroche, de la Escuela Normal Superior de París, en Francia, y David Wineland, del Instituto Nacional de Normas y Tecnología de EE.UU. en Maryland, han recibido el Premio Nobel de Física 2012 por ser capaces de observar de forma directa partículas cuánticas individuales sin destruirlas. Si quieres saber más sobre este tema, puedes leerlo aquí. Y si quieres conocer un poco más sobre lo que es la física cuántica sigue leyendo algunos alcances que a continuación comparten con nosotros los físicos Francisco de Zela y Rolando Páucar.


Qué es la física cuántica. INFOGRAFÍA: Sergio Fernández (c) Diario El Comercio


Francisco De Zela
Físico
Profesor y coordinador de la Sección Física del Departamento de Ciencias de la PUCP.


¿Qué es la física cuántica?

La mecánica o física cuántica la ponemos en contraste con la llamada física clásica. Uno podría definirla como una nueva formulación de la física que fue necesario aplicar cuando el tema de estudio fue el átomo. Eso fue a principios del siglo XX. La metodología general de la física clásica, la que se usa para describir los cuerpos macroscópicos, ya no era apropiada. Entonces se desarrolló una nueva formulación. Esta se aplica en realidad se aplica a casi todo lo que conocemos en tecnología: computadoras, semiconductores, los circuitos integrados, el láser, etc. Todos son basados en fenómenos cuánticos.

¿Qué es lo que han logrado los ganadores del Nobel?
Haroche, en particular, ha desarrollado un método muy eficiente para trabajar con átomos individuales. O sea puede manipular un átomo a la vez. Y lo mismo Wineland. Esta tecnología fue desarrollada a partir de los años 80 y 90. El laboratorio Haroche, que es el que yo más conozco, está sumamente avanzado y viene haciendo contribuciones desde hace ya casi una década o más.

¿Cuál sería la principal aplicación de estos logros?
La computación cuántica es la aplicación mas evidente que hay en esta parte de la física y en el momento que se ponga en práctica entonces va a haber una revolución quizá mayor que la que significó internet en su momento. Ahora ya conocemos la metodología, la parte teórica está muy desarrollada pero no así se ha logrado superar una serie de barreras de tipo tecnológico.

¿Será tan importante el cambio?
El computador convencional, el que usamos usted y yo, basa su funcionamiento en algo que se llaman los bits: los ceros y unos. El computador cuántico se basa en algo que es el qubit, que es una combinación de ceros y unos, exactamente son estados que a la vez son ceros y unos… las dos cosas a la vez.

Una de las particularidades de la física cuántica es que la realidad se entiende de otra manera. Por ejemplo, nosotros entendemos que un vehículo sube o baja la colina pero con la física cuántica ese vehículo puede subir y bajar al mismo tiempo.

Claro, eso son lo que le llamamos situaciones dicotómicas. Algo cuánticamente puede ser las dos cosas a la vez, aun cuando una y la otra sean excluyentes como el caso de subir o bajar.

En el caso de los qubits, estos serían unos y ceros al mismo tiempo…
En términos prácticos, manipular qubits es el equivalente a que uno hace a la computación convencional en paralelo. Es como poner miles de millones de computadoras a trabajar al mismo tiempo. Entonces, los tiempos de cómputo bajan espectacularmente. Trabajos muy complicados se harían en microsegundos. O sea, abriría pues posibilidades que ahora están solamente latentes. Por ejemplo, ayudaría para la predicción del tiempo. Hoy en día sabemos cómo se puede predecir el tiempo, pero en términos prácticos no se puede hacer porque hay que resolver ecuaciones simultáneas que tomarían años. Con el computador cuántico sería en minutos y uno podría hacer predicciones del tiempo, manipulación de imágenes, tridimensionales, sin problemas, holografías…

Es por eso la vinculación directa con el tema del uso de aparatos tecnológicos de ese tipo de logros.
Sí. Otro uso muy importante tiene que ver con la criptografía. Hoy se usan, por ejemplo, números que no se pueden descomponer fácilmente en sus factores primos, sino a lo largo de pues un montón de tiempo. Si uno hace la operación para descomponer los factores primos, se demora demasiado, entonces no puedo romper una clave. En cambio, con un computador cuántico se haría en cuestión de milisegundos, podría romper claves pero sin ningún problema. Otro uso sería la teleportación . Ahí Haroche ha trabajado bastante también.

¿Qué es exactamente la teleportación?
Es replicar un estado cuántico a distancia sin que haya transmisión de ningún tipo de señal. No es que uno teletransporte un objeto de un lugar a otro. Lo que se hace es tener un estado cuántico, digamos en el ejemplo que usted puso de subir y bajar; ponerlo en un estado de ese tipo: mezcla de subir y bajar donde está usted y a la vez lograr que eso se transmita y aquí donde estoy sentado y que se pueda representar ese estado, a la distancia y de manera instantánea y sin ninguna comunicación de tipo físico. Eso ya se ha logrado.

Entonces ¿podemos decir que la física cuántica la usamos desde hace mucho tiempo en nuestra vida diaria?
Claro, pero en un nivel más convencional. Los circuitos integrados basan su funcionamiento en eso. El láser es un fenómeno esencialmente cuántico. La diferencia entre la luz láser y la luz normal que se llama térmica en términos mas técnicos es que todos los átomos en el láser –los que emiten la luz–lo hacen como esclavizados: todos a la vez comportase de la misma manera, hacen exactamente lo mismo todos, miles de millones de átomos; en cambio, la luz normal, la térmica, cada átomo emite a su antojo digamos cuando le da la gana, entonces la luz sale con cierta característica en el láser y otra distinta en el caso térmico. Vivimos con aplicaciones de la física cuántica desde hace más de sesenta años, sin que la gente sea consciente de eso.

Rolando Paúcar Jáuregui

Físico

Presidente en Instituto de Investigación para la Energía y el Desarrollo (Iedes)


¿Qué es la física cuántica?
Si queremos usar un concepto básico, podemos decir que es aquella que estudia y explica los fenómenos que ocurren en el mundo de los átomos, de sus núcleos y de las partículas elementales. Muchos creen por ello que la física cuántica no corresponde al mundo macroscópico lo cual no es cierto, en realidad toda la física es cuántica y las leyes que la gobiernan tal como las conocemos hoy, constituyen nuestras leyes más generales de la naturaleza.

¿Qué avance o estudio ha recibido el premio Nobel de este año?
Se ha concedido por la obtención de métodos experimentales que permiten la medida y la manipulación de sistemas cuánticos individuales. Estos dos físicos han ideado sistemas para medir y manipular partículas individuales, sin necesidad de que estas se destruyan en el proceso. Se trata de una vieja aspiración de la física, dominada hasta ahora por el conocido “Principio de incertidumbre” según el cual no es posible conocer, al mismo tiempo, la posición de una partícula (su momento) y su velocidad.

¿Qué aplicación práctica tiene estos estudios?
Aunque no sea inmediato, por ejemplo permitirían la construcción de un nuevo tipo de computadoras superrápidas basadas en la física cuántica. Otro gran aporte seria a la medicina, con la observación del cuerpo humano sin alterarlo, hasta donde puedan penetrar los fotones de luz. Recordemos que por ejemplo, los virus siguen observándose solo los que son atómicos y no subatómicos, con el ‘scanning tunneling’ (efecto de túnel) de microscopio electrónico. Y las subatómica con sistemas de contrastes que por comparación dan únicamente niveles de concentración y no de estructura. Con esta nueva técnica sería un hallazgo milagroso para la observación y cuantificación de partículas tumorales en su crecimiento y desarrollo. Así mismo y aunque tampoco lo han descubierto, una sobre exposición de fotones de luz podría alterar las partículas subatómicas para destruirlas como en el caso de tales partículas cancerígenas y virus a modo de lavado de sangre similar al que se practica con la hemodiálisis.