La física cuántica es una rama de la ciencia, frecuentemente alucinante, que está llena de conductas extrañas e implicaciones raras. Para muchas personas, la sola mención del término basta para hacerlas correr en la dirección contraria, como un electrón que sale disparado del centro de un átomo. Sin embargo, hay cada vez más pruebas de que el futuro de la tecnología está en la mecánica cuántica, la cual estudia la forma en que funcionan las cosas más pequeñas del universo. Y un nuevo descubrimiento realizado por científicos de China ha hecho que el mundo dé un enorme paso hacia esta revolución cuántica. Un paso de varios kilómetros, de hecho. Por ello, es un buen momento para comprender por qué la física cuántica está levantando tanto revuelo.
LOS ANTECEDENTES
La física cuántica trata sobre ondas y partículas. En conjunto. Más o menos. Generalmente, pensamos en la luz como algo que ocurre en ondas y en la materia como partículas diferenciadas. Sin embargo, el intento realizado por el teórico Max Planck en 1900 para explicar los colores emitidos por los objetos calientes llevó a los científicos hacia un camino que transformó nuestra comprensión sobre cómo funciona la vida en su más pequeña escala. El primer paso fue darse cuenta de que la luz se comporta como una corriente de partículas individuales, llamadas fotones. Albert Einstein llegó a esta conclusión siguiendo el trabajo de Planck. Cada fotón contiene una cantidad discreta de energía.
Investigaciones posteriores realizadas por Niels Bohr y otros científicos modificaron lo que los físicos comprendían hasta ese momento acerca de los electrones, las partículas con carga negativa que giran alrededor de los centros densos de los átomos que conforman los elementos, los cuales, a su vez, constituyen la materia. Ese cambio se vio acentuado por Louis de Broglie, quien se dio cuenta de que, si la luz puede comportarse como una partícula, quizá los electrones podrían comportarse como ondas. Numerosos experimentos demostraron que eso era así. Los fotones se comportan como ondas y como partículas. El tipo de medición que se realiza determina la forma en que se comporta el electrón.
Un efecto intrigante de la física cuántica es algo denominado entrelazamiento, según el cual, dos partículas derivadas de la misma fuente se comportan de la misma forma aun cuando estén alejadas una de la otra. El estado de cualquiera de las dos partículas no puede determinarse sino hasta que se mide, y la acción de medirla es lo que determina su estado. Y la medición de una partícula afecta a la medición de la otra.
Si dividimos el fotón A en un par, B y C, la medición de B nos dará la medición de C. Paul Kwiat, físico de la Universidad de Illinois, presenta la analogía de lanzar una moneda. Si al lanzar la moneda cae cara, cara, cruz, cara, cruz, cruz, cara, la moneda “entrelazada”, ubicada a miles de kilómetros de distancia, seguirá la misma secuencia. Dos cosas situadas a miles de kilómetros de distancia comportándose como si fueran una: ese es el entrelazamiento cuántico. Y es real. Einstein lo llamó “spuckhafte ferwirklung,” que se traduce como “espeluznante acción a distancia”.
Más allá de su rareza, el entrelazamiento cuántico puede tener amplias repercusiones en la computación y en el intercambio de información. La distribución del entrelazamiento (por ejemplo, dividir un fotón en dos fotones entrelazados) puede usarse para crear una conexión a Internet segura. La criptografía cuántica permitiría que los usuarios pudieran detectar a cualquier espía. La razón por la que es posible detectar al espía es que la presencia de ese intruso alteraría necesariamente los fotones entrelazados.
Este principio permite la creación de “un canal de comunicación seguro que es imposible de hackear”, afirma Jonathan Dowling, físico de la Universidad Estatal de Luisiana. “Cuando los chinos desplieguen este tipo de comunicaciones en todo su país”, señala Dowling, “no importará cuántas computadoras [de la Agencia Nacional de Seguridad] sean conectadas en serie, nunca podrán ingresar en su sistema”.
Un nuevo estudio publicado en la revista Science y realizado por Juan Yin y colegas de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei y varias instituciones chinas más, hace que esta tecnología se encuentre mucho más cerca de nuestro alcance. Los investigadores dividieron un fotón en un satélite y enviaron los dos fotones resultantes en dos direcciones distintas, dirigiéndolos a dos de tres estaciones en tierra, ubicadas en China. Las estaciones se encontraban a más de 1,126 km de distancia entre sí. La distancia desde el satélite, que se encontraba en constante movimiento, hasta cada estación en tierra variaba desde 482 hasta 1,931 km.
Los investigadores lograron enviar repetidamente pares de fotones a distintas estaciones en tierra y confirmaron que los fotones estaban entrelazados. Utilizando una fuente semejante a un apuntador láser, generaron alrededor de 6 millones de pares de fotones por segundo. Alrededor de un par por segundo logró llegar a las estaciones en tierra. Kwiat señala que es como arrojar una moneda en la bandeja de una cabina de peaje con el auto a toda velocidad, con la diferencia de que ellos arrojaron un objeto mucho más pequeño a una distancia mucho mayor y a una velocidad más alta. Las mediciones confirmaron que los pares de fotones tenían la misma polarización, lo que demostraba que estaban entrelazados.
Aunque en estudios anteriores se lograron resultados similares, esto nunca se había conseguido desde una distancia tan grande, ni desde un satélite. (El récord anterior demostró que existía un entrelazamiento a través de dos de las Islas Canarias, que se encuentran a 133 km de distancia una de la otra). “Es un hermoso experimento”, señala Kwiat. “Se ha demostrado la persistencia del entrelazamiento en una distancia mayor que la de cualquier experimento anterior, aproximadamente por un factor de 10”.
Dowling señala que este logro demuestra que las tecnologías cuánticas que muchos físicos pronostican son posibles. “El objetivo a largo plazo es construir una internet cuántica en la que las computadoras del futuro de todo el mundo estén enlazadas unas con otras en una red inviolable de extraordinario poder computacional”, dice Dowling. “El satélite pasará a la historia como el primer enlace de la Internet cuántica”.
Los físicos chinos no son el único equipo que está en la búsqueda de esta tecnología. Los sistemas de criptografía cuántica están disponibles comercialmente, e investigadores de varios países, entre ellos, Estados Unidos, Canadá, Singapur e Italia, están abriéndose camino, afirma Kwiat. Google también trabaja con las ciencias cuánticas de la información.
Aun así, en el estudio es un gran avance debido a que demuestra que es posible lograr un entrelazamiento desde un satélite y a una distancia tan grande. “Hemos hecho algo que hubiera sido absolutamente imposible sin el satélite”, señala Jian-Wei Pan, el autor principal del estudio. El próximo paso, dice, es la realización de más experimentos con luz desde el espacio, a través de distancias aún mayores y con velocidades más altas, con el objetivo de controlar los estados cuánticos y comprender cómo influye la gravedad en la conducta cuántica.
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Publicado en cooperación con Newsweek / Published in cooperation with Newsweek
