Juan Ignacio Cirac: "La mecánica cuántica permitiría hacer la declaración de la renta en un segundo"


Mantiene sus ojos bien abiertos como si con ellos pudiera atrapar todos los misterios de la vida. Cauteloso, domina su timidez y, sin, protestar sigue las sugerencias de la fotógrafa, momento en el que le preguntamos cuál es su mayor afición. "La física", responde sin titubear y, tras un breve silencio, añade: "mis dos hijas". La fotógrafa continúa su trabajo. El silencio conquista la biblioteca de la Escuela de ingenieros de minas de Madrid, donde transcurre la entrevista. Pero él no tarda en romperlo para aclarar: "la mitología griega. Muchos de sus personajes han inspirado grandes descubrimientos de la física cuántica, tales como el Efecto Sísifo y el Efecto Zenón". Es entonces cuando relata que su padre es profesor de Latín y de Griego, y su madre, de Matemáticas. Él quiso estudiar Ingeniería industrial, pero al descubrir que lo que interesaba en esta Escuela era más el resultado de los problemas que el porqué de su génesis, decidió matricularse en la Facultad de Física de la Universidad Complutense de Madrid. "Después hice tres años de Ingeniería. Era consciente de que vivir de la investigación iba a ser casi imposible." No ha sido así.

-¿Qué es exactamente un ordenador cuántico?
-Es una máquina que, a diferencia de los computadores clásicos, utiliza las leyes de la mecánica cuántica para resolver problemas. Son leyes muy raras que hasta hace muy poco se usaban para crear paradojas y que han resultado atractivas para la filosofía de la ciencia. Pero a partir de los estudios de Planck y de Schrödinger, se comenzó a averiguar que se podían aplicar a la computación.

-¿Cuáles son estas leyes y por qué son tan raras?
-Una de ellas dice: "las cosas no están definidas, a menos que las observes". Por ejemplo: la Luna no está en su lugar hasta que yo no la observe. Otra ley argumenta: "Un gato puede estar vivo y muerto a la vez". Y una tercera, resultado de la unión de la primera ley y de la segunda, expresa que: "un gato deja de estar vivo y muerto a la vez cuando uno lo observa. En ese momento o está vivo, o está muerto. Pero si no se le observa, su estado no está definido". Una cuarta ley afirma: "una partícula puede pasar por dos agujeros a la vez, dos agujeros que pueden estar en cualquier sitio". Para probar esta cuarta ley se usaron fulerenos -moléculas de carbón- cuya estructura es como un balón de fútbol. Y se demostró que era cierta. Conviene señalar que estas leyes sólo son válidas en la mecánica cuántica. Es decir, en el mundo microscópico, en el macroscópico las imperfecciones son mayores.

-¿Con respecto a esta cuarta ley, el átomo pasa por dos agujeros a la vez porque se divide?
-Eso es lo difícil de averiguar, porque cuando pasa por los dos agujeros a la vez su estado no está definido. Es decir, tú no estás observando. Pero en el momento en el que tú lo observas, sólo puede pasar por un sitio a la vez. Esto, que resulta tan raro, ocurre y ha dado lugar a muchas paradojas y experimentos. En el futuro se espera poder transmitir información utilizando esta ley y las otras tres que le he mencionado.

-¿Podría decirnos tres palabras básicas para la comprensión elemental de la física cuántica?
-La primera palabra sería: superposición o la posibilidad de tener dos propiedades distintas, y al mismo tiempo, en un mismo objeto. Algo puede ser de color amarillo y verde a la vez en universos distintos o superpuestos. O lo que es lo mismo, un átomo puede estar en dos sitios a la vez, en un estado de superposición. La segunda palabra sería entrelazamiento, para lo cual se necesitan dos sistemas y el estado de esos dos sistemas debe ser una superposición. Un ejemplo: tienes dos monedas. Cada moneda puede estar en cara, en cruz o en estado de superposición, es decir, en cara y cruz a la vez o ni en cara, ni en cruz. Si tienes las dos monedas en cara, tienes un estado entrelazado. Pero al mirar a una de estas monedas, ella decide si quiere estar en cara o en cruz. La tercera palabra sería medida u observación porque cuando observas el objeto, éste cambia. Al mirarlo lo modificas. Cuando lo miras lo ves siempre en cara o en cruz.

-Usted es uno de los mayores especialistas del mundo en la Teoría del Entrelazamiento. ¿En qué consiste esta teoría, y por qué es necesaria para la construcción de un ordenador de qubits -los bits cuánticos- y para el desarrollo de su criptografía?
-El entrelazamiento sólo existe cuando aplicamos las leyes que le acabo de señalar a dos objetos. Nunca cuando se aplican a un solo objeto. ¿Por qué? Pues porque estos dos objetos se hallan en un estado cuántico o lo que también se denomina situación. Imagine que usted tiene un haz de láser del que salen fotones entrelazados y de dos en dos. Cada uno de estos dos fotones va, a través de fibra óptica, en una dirección. Usted se halla en el lugar en donde se queda uno de los fotones, y yo, con un detector, en el lugar al que llega el otro. Cuando los dos fotones lleguen a sus destinos, si yo realizo algo sobre mi fotón, el otro se enterará, aunque entre ellos no haya un vínculo que conozcamos. Por otro lado, nadie podrá intervenir en nuestra comunicación porque los fotones se percatarían inmediatamente y se autodestruirían. Es decir, su estado de entrelazamiento se destruiría al ser observados. Esto nos indica lo puros que son estos estados.

-Entonces casi se podría decir que esos dos fotones entrelazados se comunican telepáticamente.
-Al igual que, en cierto sentido, dos personas con un inmenso muro en medio pueden comunicarse telepáticamente, lo mismo ocurre con los fotones entrelazados que se comunican, pese a que no conozcamos vínculo entre ellos.

-Además de la aplicación criptográfica, ¿hay alguna más?
-La intención es aplicarla a la computación cuántica, con el fin de obtener la mayor eficacia, a través de los estados entrelazados de varias partículas, en este caso de átomos y fotones. En la actualidad, existen algoritmos para resolver problemas de computación. Con ellos y con la mecánica clásica tardamos cierto tiempo en hacer los cálculos. Pero si se utilizan las leyes de la mecánica cuántica para resolver los problemas en los algoritmos, tardaríamos mucho menos tiempo. Un ordenador cuántico resolverá en un minuto problemas que hoy, con uno clásico, tardarían millones de años en solucionarse.

-¿Se ha utilizado ya la Teoría del Entrelazamiento con algún fin práctico?
-Hoy tiene una gran utilidad en la criptografía cuántica. Se usa con éxito para enviar mensajes secretos pero sólo con una distancia máxima de sesenta kilómetros. Y ha funcionado con el experimento que le acabo de relatar.

-¿Cuáles son las mayores dificultades para construir un ordenador cuántico?
-El uso de las leyes de la mecánica cuántica y el dominio del mundo microscópico, en el que éstas se desarrollan. Es un mundo que hay que controlar perfectamente para poder avanzar en este camino. Hoy no somos capaces de dominarlo y de controlarlo. Se ha hecho un ordenador cuántico de dos átomos muy pequeñitos, alguno de tres. Pero se requiere un ordenador con millones de átomos para que sea útil en computación. Un ordenador clásico está formado por bits, uno cuántico está formado por bits cuánticos. Un átomo es un bit cuántico, al que también se llama qubit. Para que ese ordenador exista, deberemos esperar algunos años.

-¿Entonces el anuncio que IBM ha hecho sobre el nacimiento del primer ordenador de qubits no es real?
-Para tener un ordenador cuántico se necesita un gran laboratorio, y en él, una cámara de vacío en la que hoy hay tres, cuatro o, como mucho, cinco átomos. En ese laboratorio también deberá haber láseres y muchas lentes, entre otras cosas. Lo que trato de explicar es que no existe, todavía, un ordenador de qubits. IBM lo único que ha creado es un sistema con tres o cuatro átomos, como máximo, cinco. En el ordenador que han presentado se pueden dar superposiciones, pero los estados no están entrelazados, y el entrelazamiento es una de las propiedades necesarias para crear un ordenador cuántico. ¿Cómo serán en un futuro?, ¿qué forma tendrán? Aún es pronto para saberlo.

-¿Qué más se necesita para crear un ordenador de qubits?
-Un ordenador cuántico necesita una gran habitación, en la que tiene que haber una cámara de vacío muy localizada. También requiere de láseres y de muchas lentes; la óptica es esencial en la computación cuántica porque el láser se ha de enfocar con muchas lentes microscópicas. Si tenemos todo esto y la tecnología necesaria para crear el vacío en la cámara, el siguiente paso es conseguir que tres, cuatro o cinco átomos estén en esa cámara de vacío. Si lo logramos, que es muy difícil, nos comunicaremos con ellos a través de los láseres. El láser, como si de un espejo se tratara, pondrá los átomos en cara, en cruz o en estado de superposición. Cuando tú ves los átomos, ellos se posicionan para darte el resultado de la computación. Cuando estos átomos ya están preparados para recibir el láser, nosotros debemos estar preparados también para poder cambiarlos o posicionarlos de distinto modo, de acuerdo a las necesidades de la operación. Pensad que un átomo tiene infinitas posibilidades y que, en consecuencia, las operaciones computacionales también son infinitas. Hoy existen tres algoritmos cuánticos que son mejores que los clásicos. Con ellos se hacen operaciones que son imposibles con los ordenadores clásicos, pero hay que descubrir más. Los informáticos crean estos algoritmos y nosotros, los físicos teóricos, estudiamos cómo aplicarlos a los átomos y tratamos de que éstos se comporten como un ordenador. Por último, los matemáticos estructuran con su lenguaje estas teorías, algo en lo que también participamos los físicos teóricos. Con la mecánica clásica metemos la cifra 5 en el ordenador y éste nos da un resultado. La mecánica cuántica nos permitiría hacer la declaración de la renta en un segundo, de hecho podríamos hacer varias en ese tiempo porque se pueden acometer muchos cálculos a la vez con una sola operación.

-¿Qué proyectos compiten hoy para crear un ordenador cuántico?
-Casi todos se realizan con átomos. En uno de ellos se desarrolla un ordenador cuántico hecho con átomos en trampas e interaccionado con láseres. Otro desarrolla este ordenador con átomos en espejos, que también están dentro de la cámara de vacío. Los átomos se miran unos a otros y se comunican mirándose al espejo o, lo que es lo mismo, a través del reflejo o luz que es absorbida por el otro átomo. Un tercer proyecto lo elabora con electrones. En este caso, se trata de sistemas sólidos que no están dentro de la cámara de vacío pero sí sobre una superficie enfriándose a temperaturas cercanas al cero absoluto. Por ellos se hacen pasar unas corrientes muy estables.

-¿Cuál es el papel que puede desempeñar España en el desarrollo de la mecánica cuántica?
-España posee algunas de las mejores facultades del mundo para estudiar física. Pero la mecánica cuántica requiere una gran inversión en tecnología y en formación de profesionales, algo que en España no se da. Espero que las cosas vayan mejor ya que, en este momento, existen muchos científicos que tras hacer el doctorado aquí se han ido al extranjero para especializarse, y al retornar no han encontrado trabajo. La endogamia que existe en la universidad española es terrible y no soy optimista al respecto. En otras universidades del mundo también se da esta problemática, pero a un nivel inferior.

-La física cuántica parece hallarse muy cerca de las artes que cultivan el espíritu. ¿Cuál es su relación con la música?
-La música es sonido, el sonido se describe con ondas y en la mecánica cuántica se puede describir todo en término de ondas. Algunas de las propiedades que ocurren en el sonido también suceden en la mecánica cuántica. La música resulta un arte muy cercano a ésta.

-¿Y después de la música?
-La literatura, en particular la mitología griega. Algunos de los efectos que se han descubierto en mecánica cuántica están basados en relatos mitológicos, como el de Sísifo, un personaje al que los dioses castigan obligándole a cargar una piedra hasta el pico de una montaña. Cuando alcanza la cumbre, la piedra se le cae y todo vuelve a comenzar. El Enfriamiento de Sísifo es un efecto físico que ocurre al enfriar átomos, que suben y luego vuelven a empezar desde el principio. El Efecto Zenón es otra de las consecuencias de la relación entre la mitología griega y la mecánica cuántica. Zenón decía que nada se mueve, y lo explicaba con el ejemplo de una flecha. Decía que, al ser lanzada, ésta tenía que recorrer la mitad de la distancia antes de llegar a su objetivo, y antes debía recorrer la mitad de la mitad de la distancia y así sucesivamente. En mecánica cuántica si tú miras a un átomo, lo mantienes en cara, cuando dejas de mirarlo, el átomo comienza a recorrer un camino, como la flecha, para situarse en cruz, pero tú lo vuelves a mirar y lo colocas de nuevo en cara. Nosotros estamos tratando de dominar este efecto y también el contrario, es decir, el de no mirarlo para que cambie de estado.

-¿Por qué es tan difícil comprender el funcionamiento de las nuevas tecnologías, si son una prolongación de nuestras mentes?
-Son una prolongación de nuestro cuerpo, de nuestra mente, pero ¿acaso comprendemos y entendemos nuestras mentes?

-¿Qué ordenador tiene en casa?
-Uno algo usado con el programa Windows 95.


Juana Vera

Esta entrevista fue publicada en diciembre de 2000, en el número 235 de MUY Interesante.

Etiquetas: físicafísica cuánticainformática

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