Adiós, realidad, adiós. La máquina cuántica


La revista Science publicó hace unos días su lista de los diez avances científicos más importantes del año, y el primer puesto fue para una “máquina cuántica”, la primera jamás creada. Se trata de un dispositivo cuyo tamaño es de 60 micras (60 milésimas de milímetro) realizado con nitruro de aluminio y que forma una especie de pala vibratoria cubierta por dos láminas de aluminio. Aunque a efectos prácticos nos parezca diminuto, en mecánica cuántica es toda una superestructura. Su gran aportación a la ciencia es que ha sido el primer objeto macroscópico que no se rige por las leyes de la física clásica. Hablando en plata, viola cualquier noción que nosotros, simples humanos de a pie, podamos tener de la realidad.

Antes de proceder a cualquier explicación, habremos de recurrir a las palabras de Richard Feynman, pionero en estudios cuánticos y miembro del proyecto Manhattan, quien dijo en una ocasión: “Recuéstese y disfrute de lo que le voy a contar. Pero no pregunte de ninguna manera por qué es así, porque entonces se pierde en una calle de la cual ningún ser humano ha vuelto sano”. Será mejor hacerle caso.

Los padres de la criatura son los físicos Andrew Cleland y John Martins, de la Universidad de California en Santa Bárbara, quienes presentaron en marzo un diminuto remo de metal o “baqueta cuántica”, pero visible al ojo humano, que vibra cuando se coloca en movimiento en un determinado rango de frecuencias.

Partamos del hecho de que la física cuántica es propia del mundo subatómico y que, cuanto más aislado y frío es el sistema en que está una partícula, más cuántico resulta. En primer lugar, los científicos enfriaron el remo hasta un valor cercano al cero absoluto (-273 ºC), momento en el que el dispositivo alcanzó su “estado base” o el menor estado de energía permitido por las leyes de la mecánica cuántica. Después, aumentaron la energía del artefacto en un solo quántum, es decir, en la mínima variación posible permitida, para producir un estado de movimiento mecánico-cuántico puro, con la menor interferencia posible. Finalmente, conectaron el remo a un circuito eléctrico superconductor. Entonces, el remo entró en un estado por el que vibraba pero, al mismo tiempo… estaba quieto…

Mientras que la física clásica establece que todo objeto presenta un estado bien definido en cada momento, estático o dinámico, por ejemplo, el mundo cuántico se rige por otro principio, la”superposición cuántica“, según la cual una partícula se presenta bajo todos sus estados posibles simultáneamente. Las fórmulas cuánticas no pueden describir una situación por sí misma, sólo establecer las posibilidades de cada uno de los sucesos dados en una partícula.

 

superposición: todas las opciones a un tiempo.

Sólo cuando se establece una medición, es decir, cuando aparece un observador, una interferencia, el sistema se define y muestra un resultado de todos los posibles. Este papel del observador se explica por otra ley fundamental, el “entrelazamiento cuántico“, que establece que todo elemento que participa del sistema influye y determina al resto de componentes. Cuantos más elementos haya en dicho sistema, más interferencias habrá en cada partícula, lo que hace que ésta pierda gradualmente sus estados simultáneos posibles (superposición) hasta acabar en uno solo, lo que la definirá de manera más concreta. Es decir, el observador interfiere y determina un resultado u otro.

Esto nos lleva a un tercer fenómeno clave para entender la importancia de la máquina cuántica, la “decoherencia“, que define la transición del mundo cuántico de las partículas subatómicas al mundo clásico de los objetos macroscópicos por la interacción entre los componentes del sistema. A medida que crece el sistema, más partículas y más interacciones hay, por lo que los estados cobran mayor definición, como si se les pasase por un filtro. La cualidad de superposición desaparece progresivamente. El mundo caótico de la cuántica disminuye y más cerca estaremos del mundo de la física clásica.

Lo que ha hecho la máquina cuántica ha sido ir más allá de la decoherencia, al hacer que un sistema formado por millones de átomos actúe según los principios de la física cuántica, y no de la física tradicional como cabría esperar. Los investigadores han demostrado, por tanto, que los principios de la mecánica cuántica pueden aplicarse a objetos cotidianos.

Según Adrian Cho, redactor de la revista Science, “a nivel conceptual es impresionante porque lleva a la mecánica cuántica a otro ámbito completamente nuevo. A nivel práctico, abre un abanico de posibilidades que van desde experimentos que combinen el control cuántico sobre la luz, la corriente eléctrica y el movimiento hasta, quizá algún día, pruebas de los límites de la mecánica cuántica y nuestro sentido de la realidad”.

Las repercusiones de esta demostración son incalculables, sobre todo en el desarrollo de ordenadores cuánticos, cuya potencia se nos escapa al ser éstos capaces de realizar cálculos simultáneos, o en el interés por las posibilidades del motor cuántico, hasta ahora una genialidad teórica, entre otras muchas opciones que cambiarán nuestra forma de ver el mundo, como la posibilidad del desdoblamiento cuántico, por el que una partícula se halla en dos sitios a la vez.

Esta pequeña palanca de unas cuantas micras no deja de ser el primer paso para permitirnos soñar sin limitaciones a partir de ahora, pues ya sabemos que sólo es cuestión de tiempo que la ciencia ficción invada nuestro mundo. Por mi parte, ya tengo decidido cuál será mi primer destino en la máquina de teletransportación. ¿Alguien se apunta?

Fuente: Amanecer2012.com

Acceso a la noticia sobre los premios Science.

Publicación original sobre la máquina cuántica.

–”El gato de Schrödinger”, explicación práctica de los fenómenos cuánticos:

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