“100 años después, la teoría cuántica está en plena forma. Sigue más vigente que nunca”

De la curiosidad humana por entender los mecanismos ocultos de la materia, nació una teoría física diferente, muy precisa y, sobre todo, revolucionaria. La física cuántica, hoy ya muy madura, destaca por habernos revelado que las reglas que rigen el mundo que vemos y el que no vemos, el de las partículas elementales, los átomos y las moléculas, se manifiestan de formas radicalmente distintas. Una división impactante pero rotunda que nos ha obligado a investigar sobre la realidad con una nueva mentalidad y ha impulsado una gran transformación tecnológica a lo largo de los años, que aún promete continuar.

La variedad de innovaciones que han surgido del profundo conocimiento de la naturaleza proporcionado por la mecánica cuántica es inmensa. El láser, el transistor (base de toda la tecnología moderna), las células fotovoltaicas, los relojes atómicos de los GPS, o la imagen por resonancia magnética utilizada en los hospitales forman parte de una primera generación de tecnologías cotidianas de origen cuántico, sin las cuales el mundo actual sería irreconocible. Hoy, el desarrollo de una segunda generación de tecnologías, encabezadas por la computación cuántica, la comunicación segura o la criptografía cuántica, se encuentra a mitad de camino y anuncia una nueva revolución científica y social.

Con su libro La revolución cuántica, publicado en 2022, el físico y divulgador Alberto Casas invita al lector a descubrir el inmenso poder de esta teoría y a guiarlo para comprender sus principios y repercusiones tecnológicas, desde una perspectiva actual.  En él aplica su máxima divulgativa: “no desvirtuar nunca los conceptos científicos, en favor de hacer una explicación más efectista, pues nunca debe decirse ante un público general lo que uno no se atrevería a decir ante una audiencia de especialistas”.

Buscando entender mejor la esencia de la teoría cuántica y la magnitud de su impacto, en esta entrevista el autor reflexiona sobre sus rasgos más singulares, su evolución tecnológica y su trascendencia más allá de la física.

Pregunta: Afirma en su libro que la física cuántica es uno de los mayores triunfos intelectuales del ser humano, ¿por qué?

Respuesta: Porque es la herramienta que nos ha permitido conocer la naturaleza de una manera más profunda, al desvelar sus mecanismos más ocultos, y es la teoría que nos ha permitido entender y predecir mayor número de fenómenos naturales. Está detrás de multitud de hechos que nos afectan continuamente. Por ejemplo, ¿por qué los objetos tienen el color que tienen? ¿Por qué las estrellas brillan? ¿Por qué hay cuerpos sólidos y hay sustancias líquidas? ¿Por qué el agua hierve a 100 grados? Realmente la explicación está en la mecánica cuántica.

Además, yo diría que es una teoría que ha conducido a aplicaciones tecnológicas formidables. Y, por otro lado, es una teoría muy distinta de todas las teorías anteriores, porque tiene una estructura lógica y matemática completamente diferente y muy sofisticada. Se trata de una creación que fue colectiva, no se puede atribuir a una sola persona y, en ese sentido, creo que sí que es un gran triunfo de la mente humana.

P: ¿En qué sentido es también una revolución?

R: Es una revolución en el sentido teórico y también en el sentido práctico. Creo que es una revolución conceptual porque introduce conceptos completamente distintos como la superposición de estados, que rompe con el concepto clásico de posición bien definida, o el entrelazamiento cuántico. Esto es algo que nunca antes se había imaginado y que posiblemente nunca se habría hecho si no hubiera sido porque el experimento condujo a mentes muy brillantes a principios del siglo XX a concebir estas nociones.

En cuanto a las aplicaciones, se le llama “primera revolución cuántica” a la revolución en la que estamos inmersos, de hecho. Toda la tecnología digital se basa en chips, que a su vez se basan en semiconductores y en transistores, cuyo desarrollo solamente se pudo llevar a cabo después de que se creara la mecánica cuántica. El rayo láser, las lámparas LED, la imagen por resonancia magnética o los relojes atómicos, que son la base del GPS, son otras de las muchísimas aplicaciones cuánticas.

Y la “segunda revolución cuántica” sería la revolución en la que también estamos ahora inmersos, pero que todavía está en desarrollo, es decir, todavía no tiene unas aplicaciones que sean prácticas para el día a día. En este caso, las tecnologías más importantes serían la computación cuántica, que tal vez destaca especialmente, la criptografía cuántica y los sensores cuánticos, que son nuevas técnicas para medir, por ejemplo, el campo gravitatorio o el campo electromagnético con niveles de sensibilidad fabulosos.

P: ¿Supondrá la computación cuántica un cambio de paradigma?

R: Podría ser, porque supone una mejora en la capacidad de cálculo y en la capacidad de exploración de datos con respecto a la computación convencional realmente extraordinaria, exponencial. ¿A dónde nos llevará eso? Pues es difícil de preverlo. Esto es lo que pasa con las nuevas tecnologías.

Ocurrió con la tecnología digital. Cuando empezaron los primeros ordenadores, nadie imaginó que tendríamos internet, redes sociales o inteligencia artificial. Entonces, ¿a dónde nos llevará la computación cuántica? No lo sabemos, pero se vaticinan cambios importantes.

P: Este año celebramos 100 años de la primera formulación completa de la teoría cuántica. ¿Cuál sería su felicitación a la ciencia y a la humanidad?

R: Les felicitaría porque después de 100 años la teoría está en plena forma, es decir, sigue más vigente que nunca. Las aplicaciones a las que da lugar siguen produciéndose año tras año. Y hasta ahora no se le ha encontrado ni un solo fallo.

Lo cual no significa que no sea una teoría sagrada, porque sabemos que para todas las teorías suele llegar un momento en que los propios experimentos dicen, "Hm, esta teoría es buena, pero hay que mejorarla, o hay que sustituirla por otra." Esto le pasó a la ley de Newton, le pasó a la ley de Galileo, le ha pasado a muchas teorías y posiblemente le pase también a la física cuántica, pero de momento no se le ha encontrado ningún fallo.

P: En el libro menciona que la física cuántica también ha tenido sus pesadillas. ¿Por qué? ¿Llegarán nuevas?

R: Como toda herramienta poderosa, se puede utilizar de manera beneficiosa o se puede utilizar de manera perversa. Esto vale para un cuchillo y vale también para la mecánica cuántica.

Y, entre las pesadillas antiguas, quizás la más importante es que gracias a la mecánica cuántica se pudieron desarrollar bombas atómicas. Eso fue una pesadilla y puede serlo en el futuro, sin duda.

¿Qué pasará más adelante? ¿las nuevas tecnologías cuánticas podrán dar lugar a nuevas pesadillas? Pues quién sabe, ojalá no. Pero al final siempre la responsabilidad recae en los seres humanos que manejan esas tecnologías. Esto es lo que hay que destacar.

P: ¿Qué resuena en la mente del público general cuando se habla de ordenadores cuánticos?

R: Creo que se ve como una tecnología misteriosa de alguna manera, porque es difícil de explicar en qué consiste, y también se considera tremendamente poderosa.

Lo cierto es que no es tan misteriosa, se basa en una teoría que conocemos muy bien y que sabemos cómo manejar y formular de una manera muy concreta y precisa. Aunque hay que reconocer que la teoría en la que se basa, que es la mecánica cuántica, sí que tiene aspectos que chocan mucho con la intuición.

Tampoco se puede decir que sea una tecnología tan poderosa, tan solo que potencialmente sí que lo es. Creo que quizá muchas veces se abusa de sugerir que es algo que está ya disponible. Y la realidad no es esa. La realidad es que todavía es una tecnología en desarrollo y que no sabemos cuánto tiempo llevará el desarrollarla para que sea realmente operativa. Hay que dar al menos una nota de prudencia y decir que todavía hay que esperar y que no sabemos exactamente cuánto, como ocurre siempre en la investigación.

P: Ardua, competitiva y acompañada de grandes inversiones y expectativas, así describe la investigación en computación cuántica en su libro.

R: Precisamente debido a que es potencialmente poderosa ha atraído mucha atención e inversiones, tanto por parte de los estados como por parte de compañías privadas. Nadie quiere quedarse atrás en caso de que realmente fructifique, puesto que en algún momento se piensa que todos estos avances acabarán materializándose.

Como ha pasado con la inteligencia artificial. Había compañías y estados investigando en ella, pero otros que no. Los que estaban investigando en ese campo ahora tienen una gran ventaja. Y esto es lo que la mayoría no quiere que suceda con la computación cuántica.

P: ¿La física cuántica encierra algún misterio todavía?

R: Sí, el hecho de que la sepamos describir con detalle matemáticamente no significa que no haya aspectos misteriosos dentro de ella y cosas que invitan a seguir especulando, formulando teorías e intentándolas verificar. Hay todavía científicos de gran talla y gente que entiende muy bien la teoría que consideran que hay cosas que se nos escapan.

Por ejemplo, el colapso de estados. Sabemos que, cuando se hace una medición de un sistema cuántico, este colapsa en uno de todos los posibles estados en los que tenía una cierta probabilidad de encontrarse. Pero ¿qué observadores físicos realmente hacen que un estado pueda colapsar? Lo que tenemos todos en mente es que un observador macroscópico colapsa los estados microscópicos. Es lo que pasa todos los días en los detectores del Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC) y en la vida corriente. No hay ambigüedades en el caso de los estados macroscópicos, pero cuando se empieza a reducir el tamaño de los observadores, entonces uno se puede plantear cuándo un sistema produce el colapso y cuándo deja de producirlo. Por tanto, esa barrera entre lo microscópico y lo macroscópico no está clara y esto ha intrigado a grandes científicos como Feynman, Weinberg, o Penrose. Ahí hay algo que todavía no entendemos, y que claramente la teoría no dejó bien cerrado.

Elisa Ramírez. Contenido realizado dentro del Programa de Ayudas CSIC – Fundación BBVA de Comunicación Científica, Convocatoria 2024