Nobel de Física a expertos en mecánica cuántica

Por Pablo Esteban

Alain Aspect (Francia), John Clauser (EEUU) y Anton Zeilinger (Austria).

El premio Nobel de Física de 2022 fue concedido a tres científicos cuyos investigaciones se relacionan con «el  “entrelazamiento cuántico”, un mecanismo en el que dos partículas cuánticas están perfectamente correlacionadas, independiente de la distancia entre ellas», según lo que anunció el jurado que otorgó la famosa distinción.

Estas avances inauguran un camino hacia nuevas tecnologías de computación cuántica y comunicaciones ultraseguras, y otros potencialidades tecnológicas. Aquí un artículo de Pablo Esteban, periodista científico, sobre esta fundamental cuestión que va construyendo el futuro desde los descubrimientos en el presente.

Nobel de Física a expertos en mecánica cuántica (*)

Por Pablo Esteban

Gracias a sus aportes, se despejó el camino para el diseño de nuevas tecnologías que, basadas en información cuántica, poseen “un potencial inesperado”. Un investigador de la UBA y el Conicet responde a los interrogantes.  

En esta segunda jornada de entregas, Alain Aspect (Francia), John Clauser (EEUU) y Anton Zeilinger (Austria) fueron reconocidos con el Nobel de Física por sus aportes en el campo de la mecánica cuántica. Desde el Instituto Karolinska de Estocolmo, reconocieron a los investigadores porque desarrollaron experimentos fundamentales con “estados cuánticos entrelazados en los que dos partículas se comportan como una sola unidad incluso cuando están separadas”. Según este punto de vista, aquello que afecta a un objeto puede afectar a otro, aunque estén separados por kilómetros de distancia. Esta premisa que parece abstracta y difícil de comprender podría ser la llave para el diseño de tecnologías de “un potencial inesperado”. Los ganadores, como es costumbre, serán recompensados con 10 millones de coronas suecas, el equivalente a 985 mil euros, en una ceremonia que se realizará el 10 de diciembre.

Las bases de la cuántica

 Christian Schmiegelow, doctor de la UBA e Investigador del Conicet en el Instituto de Física de Buenos Aires, se esfuerza por enmarcar los aportes de los científicos recién laureados con el Nobel. “Hay un principio que indica que ninguna información puede ser transportada más rápido que la velocidad de la luz. Es una idea que lleva a concebir una naturaleza de carácter local, en la medida en que las cosas que pasan en un lugar no pasan ni influyen inmediatamente en otro, sino que tardan en viajar”, explica. Y continúa: “Además, hay otra idea: la de realismo, por la cual las cosas existen más allá de que podamos verlas y tocarlas”.

La física cuántica, del modo en que fue formulada, es incompatible con estos dos postulados en conjunto. Así, para describirla –es decir, para que tenga sentido– hay que derribar uno de los dos aspectos. O bien, afirmar que el mundo es “no local”, lo que implica que pueden existir fenómenos que produzcan acciones a la distancia; o bien, que es “no realista”, con lo cual, las cosas no son, no están o no tienen características inherentes hasta que algún otro objeto/sujeto circundante las registra.

Durante muchos años, ésta fue una discusión teórica. Pocos creían que el mundo podía ser de esta manera. Hacia 1970 y 1980, un grupo de personas, entre los que destacan estos científicos hoy reconocidos, se puso a ver cómo el mundo funciona según los postulados de la mecánica cuántica y no como nuestra intuición dictaría», apunta el especialista en física y tecnología cuánticas.

La clave: sistemas que correlacionan

El Nobel fue concedido “por los experimentos con fotones enredados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”, afirmó la academia. En la década de los 60, el físico John Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre. Su planteo es el siguiente: “Si hay variables consideradas ocultas, la correlación entre los resultados de muchas mediciones jamás superará un valor determinado”. No obstante, la mecánica cuántica critica esta hipótesis al predecir que la llamada desigualdad de Bell puede ser cuestionada mediante diversos experimentos de estados cuánticos entrelazados.

Schmiegelow retoma su explicación con un ejemplo que puede ayudar a despejar incógnitas. “Son experimentos en que se crean sistemas correlacionados y evalúan esas correlaciones. Supongamos que tenemos una fábrica que envía pelotas en cajas a Bolivia y Paraguay. En principio, lo que hay dentro de las cajas existe con independencia de que alguien en Bolivia o en Paraguay las abra (postulado realista). Ahora bien, según las leyes cuánticas, al abrir una caja en Bolivia y manipularla, es posible modificar el contenido de la caja que está en Paraguay”, relata. Luego sigue con su razonamiento: “Para explicar la naturaleza, necesitamos de estas correlaciones entrelazadas que utiliza la física cuántica, porque de otro modo no es posible entender algunos fenómenos”. Desde esta perspectiva, por ejemplo, la observación de un objeto es la que vuelve posible la cristalización de sus características (color, textura, material de la pelota), previamente indeterminadas.

Potencial impensado

Clauser (79 años, pionero en la empresa que lleva su nombre), Aspect (74 años, Universidad Paris-Saclay) y Zeilinger (77 años, Universidad de Viena) realizaron experimentos a partir de metodologías cada vez más refinadas que exhibían cómo la desigualdad matemática de Bell podía ser cuestionada y liberaron el camino que habilitó al desarrollo de herramientas para favorecer la comunicación cuántica. En este sentido, desde el Instituto Karolinska aseguraron que “cada vez está más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica”, cuyo “potencial es inesperado”.

Zeilinger, un científico muy reconocido en Austria, desarrolló trabajos vinculados a la teletransportación de información para difundir datos sin conexión a 144 kilómetros de distancia. Ello permite advertir cómo las hipótesis más descabelladas de la ficción comienzan a ser probadas con éxito en el campo científico.

De hecho, cada vez son más los desarrollos en redes, computación y comunicación cifrada cuánticas. “El mundo entero está invirtiendo mucho dinero en el desarrollo de estas tecnologías. En Argentina hay un proyecto que impulsa el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación para promover el desarrollo de la ciencia cuántica. Es una comunidad pequeña la que se dedica a esto, pero vamos para adelante. Buscamos transformar estas ideas en tecnologías útiles para la sociedad”, agrega el investigador.

Científica no reconocida, ganadores previos y próximos Nobel

Hay una física que nunca fue lo suficientemente reconocida, aunque se ubicó como una de las pioneras del campo. Así lo plantea Schmiegelow: “Madame Wu fue la primera física, experta en radiactividad, a la que se le ocurrió hacer un experimento de estas características. A pesar de que no contaba con las capacidades tecnológicas para demostrarlo, tuvo la iniciativa que abrió las puertas de este mundo cuántico”, destaca el investigador.

Como antecedente inmediato, Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi fueron anunciados como los ganadores del premio Nobel de Física en 2021. Según informaron desde la Academia de Ciencias de Suecia en aquella ocasión, recibieron el  máximo galardón en el área por “sus contribuciones innovadoras a nuestra comprensión de los sistemas físicos complejos». En concreto, se reconocieron sus trabajos vinculados al modelado matemático, una herramienta fundamental para comprender el cambio climático, el calentamiento global y el protagonismo de las acciones humanas.

Este lunes, Svante Pääbo, un biólogo y genetista sueco de 67 años, fue el científico galardonado en Medicina. Fue distinguido gracias a sus aportes en la reconstrucción de la biología humana.

(*) Fuente: Pablo Esteban «Nobel de Física a expertos en mecánica cuántica», publicado en Página 12m 5 de octubre 2022

Sobre esta cuestión también artículo de la National Geographic:

Premio Nobel de Física 2022 para los investigadores del entrelazamiento cuántico

Y de la BBC:

Nobel de Física 2022: qué es el entrelazamiento cuántico y cómo puede revolucionar la informática

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