MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Encuentro con Serge Haroche, Nobel de Física 2012

El gato de Schrödinger actúa en la película de un premio nobel

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Solo dura 50 milisegundos, pero una animación en 3D permite ralentizar ese tiempo para visualizar el extraño fenómeno cuántico de la superposición, por el que un objeto puede estar en dos sitios o dos estados a la vez. Esta propiedad ofrece un potencial revolucionario para crear los futuros ordenadores cuánticos, pero se enfrenta a un poderoso enemigo: la decoherencia cuántica, de la que ha hablado en Madrid uno de los expertos mundiales en la materia, el premio nobel Serge Haroche.

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SINC | 17 marzo 2014 10:54

<p>El premio nobel Serge Haroche ha explicado en el Institut Français los extraños efectos de la física cuántica. / SINC</p>

El premio nobel Serge Haroche ha explicado en el Institut Français los extraños efectos de la física cuántica. / SINC

“Nunca podemos experimentar con electrones aislados, ni con átomos ni pequeñas moléculas. Lo hacemos con nuestros pensamientos, pero esto siempre tiene consecuencias ridículas”, se lamentaba en 1952 Erwin Schrödinger, el famoso físico que ideó la metáfora del gato suspendido entre la vida y la muerte para explicar la superposición cuántica, esa rara propiedad que permite a un objeto existir en varios estados a la vez.

Pero el tiempo ha pasado y hoy los científicos no solo pueden manipular los átomos y las partículas individuales, sino ‘grabar’ unos instantes de la vida del famoso gato. Así lo ha destacado el premio nobel de física Serge Haroche durante su reciente visita a Madrid, organizada por la Embajada de Francia y la Real Sociedad Española de Física.

En la conferencia que ha impartido en el Institut Français ha mostrado la película Cincuenta milisegundos en la vida de un gato de Schrödinger que, a pesar del título, dura 25 segundos porque la acción se ralentiza. Los protagonistas son un puñado de fotones –ocho de media– que en esta ocasión actúan en su papel de onda, no en el de partícula. La película consiste en el movimiento sinuoso de una gráfica de colores y en 3D.

“En esta función observamos dos picos máximos a los lados que equivalen a los estados clásicos del gato vivo y el gato muerto”, explica Haroche, “pero en medio hay otras zonas positivas –rojizas– y picos negativos –azulados–, que corresponden a las señales de interferencia que describen la coherencia cuántica del gato”.

Mantener esa coherencia a lo largo de los experimentos es uno de los grandes retos de los científicos y una de las condiciones para que pueda avanzar la supercomputación cuántica. “Midiendo de manera sutil esas interferencias podríamos extraer información de forma mucho más rápida que con los ordenadores clásicos, utilizando supergatos de Schrödinger que en paralelo, en su estado vivo y muerto, calcularían fenómenos complicadísimos”, dice Haroche, aunque reconoce que hay un grave problema: “El gran enemigo es la decoherencia cuántica”.

El fenómeno se visualiza sobre la mitad de la película, cuando los picos o interferencias centrales desaparecen. Se pierde la coherencia cuántica y solo quedan los dos picos correspondientes a los estados clásicos del gato. La evolución de la gráfica permite evidenciar y estudiar cómo actúa el enemigo.

La decoherencia explica por qué a escala macroscópica no vemos los estados cuánticos

“La decoherencia es el fenómeno que destruye la coherencia cuántica y está ligado a la interacción del sistema con su entorno”, explica Haroche a Sinc. “El gato deja de estar vivo y muerto a la vez, deja de ser coherente cuando interactúa con el medio, que puede ser el aire, los fotones u otras partículas. Se produce una pérdida de información y el sistema se ve forzado a elegir entre una de las dos alternativas”.

“¿Por qué a escala macroscópica no vemos los extraños estados cuánticos? La respuesta es la decoherencia –subraya el experto–. De alguna forma el ambiente realiza un tipo de medida que destruye la superposición de estados en los grandes sistemas, tanto más rápido cuanto más grande es”.

De momento los científicos solo pueden analizar el fenómeno en sistemas microscópicos. Para preparar el experimento, Haroche y su equipo del Laboratorio Kastler Brossel de París utilizan una trampa formada por dos espejos muy pulidos, donde rebotan millones de veces los fotones como si fuera un juego de malabares. Después hacen pasar átomos individuales, preparados con una superposición de dos estados, para que interfieran en ese campo, concretamente en la ‘fase’ de las ondas.

Los resultados de estas investigaciones permiten medir y manipular sistemas cuánticos individuales, la razón por la que se otorgó el Pemio Nobel de Física a Haroche en 2012, junto al estadounidense David Wineland. El primero manipula fotones con átomos y el segundo lo hace justo al revés, atrapando iones con luz para desarrollar operaciones de computación cuántica.

"En 50 años habrá aplicaciones de la lógica cuántica, pero seguramente no serán las que pensamos ahora”

“Los físicos tratamos de limitar o reducir al máximo la decoherencia para poder obtener información cuántica de este tipo de sistemas, pero todavía estamos en un estado muy elemental”, reconoce Haroche. “Siempre que me preguntan cuándo tendremos un ordenador cuántico, respondo que no lo sabemos”.

“Existe un carácter impredecible en la investigación básica que no hay que olvidar –continúa–. Por ejemplo, ¿quién iba a pensar que del conjunto de los descubrimientos del láser (1960), las fibras ópticas ultratransparentes (años 70) y los transistores y circuitos (desarrollados entre 1949 y 1990) iba a surgir algo como internet?”.

El nobel considera que en 50 años habrá aplicaciones de la lógica cuántica, “pero seguramente no serán las que pensamos ahora”, e insiste en que las nuevas tecnologías proceden de la investigación fundamental en base a dos riquezas que no tienen precio: el tiempo y la confianza.

En este sentido, Haroche subraya la necesidad de investigar en instituciones que ofrezcan medios para trabajar a largo plazo, sin pedir los resultados rápidos y económicamente rentables que demandan las leyes del mercado: “Vivimos en un mundo muy contradictorio. Queremos descubrir y explotar tecnologías nuevas sin entender que estas no surgen por petición, ni de un día para otro”.

Zona geográfica: España
Fuente: SINC

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