Fue en 1925, cuando dos físicos, el austríaco-irlandés Erwin Schrödinger y el alemán Werner Heisenberg, presentaron simultáneamente diferentes formulaciones matemáticas que describían el reino cuántico y que constituyen hoy la base de gran parte de la física y la química modernas, así como de la biología.
El mundo cuántico es fluido y efímero, y se opone radicalmente a las certidumbres que conforman nuestro mundo sensible y cotidiano. Los científicos lo describen como un universo basado en el azar y la probabilidad, un mundo donde nada es cierto mientras no hemos logrado medirlo y en el que las entidades cuánticas pueden jugarnos una mala pasada en cuanto dejamos de prestarles la atención debida.
Sin embargo, a pesar de estas particularidades insólitas, las reglas de la mecánica cuántica ya están sólidamente establecidas y se encuentran en la base de tecnologías extraordinarias que, en la actualidad, consideramos cotidianas. Esas tecnologías forman parte de lo que se denomina “la primera revolución cuántica”.
Del transistor al láser
Una de las primeras invenciones cuánticas fue el transistor, un componente electrónico basado en las propiedades cuánticas de los semiconductores que controla el flujo de sutiles corrientes eléctricas. Su creación permitió el desarrollo de la electrónica moderna y de los circuitos integrados, y más tarde del chip electrónico y los microprocesadores, sin los cuales los ordenadores y los teléfonos inteligentes de hoy no podrían funcionar.
La mitad del siglo XX estuvo marcada por el desarrollo de multitud de nuevas tecnologías, desde los relojes atómicos, que son esenciales para el funcionamiento del GPS, a los diodos electroluminiscentes (LED, en inglés), pasando por el láser y la resonancia magnética nuclear. Por sí solo, el láser ha transformado el mundo de manera totalmente inesperada. El láser es hoy omnipresente: desde los escáneres de las cajas de supermercado hasta complejos sistemas empleados en medicina, industria, entretenimiento, investigación científica, telecomunicaciones, impresión, resonancia magnética o registro de datos. También, es indispensable para las fibras ópticas de alta capacidad que permiten el uso de Internet. Los rayos láser que circulan por esas fibras facilitan la transmisión de datos a gran velocidad por largas distancias, así como la conexión de múltiples redes de telecomunicación a escala planetaria.
Ahora estamos en los albores de una segunda revolución cuántica, que emplea algunas de las características más misteriosas del mundo subatómico. Las partículas cuánticas pueden existir en un contexto que se denomina “de superposición cuántica”, es decir, que pueden tener varios valores distintos a la vez como dispersarse en el espacio o girar simultáneamente en dos direcciones. Solo cuando decidimos medirlas es cuando las obligamos a escoger una de las numerosas opciones en las que estaban coexistiendo. Cuando dos o más partículas unen sus fuerzas, pueden “entrelazarse” cuánticamente.
En el reino cuántico, todo está constantemente entrelazado y desentrelazado con el resto, en todo momento
Este entrelazamiento cuántico no es un fenómeno nuevo ni algo que ocurre rara vez en la naturaleza o que se limita a una conexión telepática “extraña” entre dos partículas distintas. Se trata más bien de uno de los procesos más comunes, si no el más común, en todo el universo. En el reino cuántico, todo está constantemente entrelazado y desentrelazado con el resto, en todo momento. La nueva revolución cuántica, que aprovecha las tecnologías que emplean directamente la superposición y el entrelazamiento cuánticos, ya está muy adelantada y sin duda va a transformar nuestro mundo.
El mundo cuántico se opone radicalmente a las certidumbres que conforman nuestro mundo sensible y cotidiano
En el reino cuántico, todo está constantemente entrelazado y desentrelazado con el resto, en todo momento
Sensores para leer el pensamiento
Una de esas tecnologías es la detección cuántica. Actualmente disponemos de dispositivos cuánticos capaces de detectar cambios en la gravedad terrestre con una precisión de una parte por mil millones, lo que puede contribuir al estudio del clima terrestre y podría tener múltiples aplicaciones prácticas en el sector de la construcción. Incluso se están desarrollando sensores cuánticos diseñados para investigar la materia negra, esa sustancia invisible e inasible que mantiene unidas a las galaxias.
También hay sensores cuánticos capaces de leer el pensamiento. Existe un escáner cerebral especial, que se coloca como un casco de ciclista, y que es tan sensible que puede detectar la actividad eléctrica de cada neurona en el cerebro de un paciente, lo que permite que los expertos “vean” la actividad cerebral en tiempo real. Este aparato se emplea ya para analizar trastornos neurológicos como el autismo, la epilepsia, la demencia y la esquizofrenia. Además, es un método mucho menos invasivo que otras técnicas como la resonancia magnética, donde el paciente debe permanecer largo tiempo inmóvil dentro de una máquina ruidosa y pesada.
Otra aplicación médica apasionante de los sensores cuánticos es la cámara de entrelazamiento, que sirve para obtener imágenes de muestras de tejidos afectados por el cáncer de mama. La ciencia que sustenta esta práctica se basa en el entrelazamiento cuántico de dos tipos de luz: la luz infrarroja, muy eficaz en la obtención de imágenes biológicas por resonancia magnética y capaz de penetrar con facilidad en los tejidos, y la luz visible, que no penetra en los tejidos, pero que permite obtener imágenes más nítidas con ayuda de una cámara. Esta técnica proporciona informaciones sobre la muestra de tejido que ha sido sondeado mediante la luz infrarroja. La cámara de entrelazamiento puede utilizarse para orientar rápidamente a los oncólogos sobre si se debe recomendar a una mujer que se someta a quimioterapia después de una cirugía de cáncer de mama.
¿Y cuándo habrá un ordenador cuántico?
Los diversos adelantos en el ámbito de la informática cuántica han recibido un bombo mediático considerable y las empresas que compiten en la materia se apresuran a anunciar sus progresos como si se tratara del hallazgo del Santo Grial. El tan proclamado ordenador cuántico sería capaz de realizar en pocos minutos o pocos segundos determinadas tareas matemáticas que incluso los supercalculadores actuales serían incapaces de efectuar en un millón de años.
Todavía, habrá que esperar una docena o incluso una veintena de años antes de que tengamos un ordenador cuántico plenamente operativo. Pero cuando esté disponible, será capaz de resolver algunos problemas que superan las capacidades de los ordenadores actuales, tales como el descubrimiento de nuevos medicamentos, la concepción de baterías y paneles solares más eficaces, mejores modelos climáticos, la resolución de complejos problemas relativos a la optimización en logística, la creación de modelos de datos financieros y la mejora de la seguridad, los avances de la investigación en física y química, y muchos otros. Además, la interconexión de ordenadores cuánticos a escala mundial permitiría crear una Internet cuántica capaz de asegurar la realización de transacciones financieras más seguras y de dispositivos de votación inmunes al fraude.
La primera revolución cuántica cambió el mundo. La segunda promete ser tan espectacular como la primera.
Jim Al-Khalili
Físico cuántico y divulgador científico británico de origen iraquí
Profesor emérito de la Universidad de Surrey, en Reino Unido
Miembro de la Royal Society