Javier Rodríguez Laguna, Julio J. Fernández Sánchez y José Enrique Alvarellos, profesores del Dpto. de Física Fundamental.
¿Pero entonces la amas o no?
Pues tienes que decidirte por una de las dos.
No lo sé, creo que ni una cosa ni otra.
¿Y no puedo poner, meramente, “it’s complicated”?
En asuntos humanos comprendemos perfectamente que hay preguntas a las que no se puede dar una
respuesta en términos de sí o no. La gran sorpresa fue darnos cuenta de a que la propia Naturaleza
también le sucede lo mismo. En 1925, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger encontraron dos
maneras diferentes de explicar las extrañas observaciones que se acumulaban sobre el mundo
atómico. Ambas maneras demostraron ser equivalentes, y constituyen lo que llamamos mecánica
cuántica.
El concepto clave es el principio de superposición. Pensemos en cualquier objeto físico y en los
diferentes estados en los que se puede encontrar. Por ejemplo, la luz de un semáforo puede estar en
rojo o en verde. ¿Y por qué no en ambos estados a la vez? Eso es, precisamente, una superposición de
estados. Por supuesto, ambos estados pueden tener diferentes pesos, digamos un 80% en rojo y un 20%
en verde. O puede aparecer un tercer estado, como el ámbar. Un vehículo que llega al semáforo, por lo
tanto, también estará en dos estados diferentes: vehículo que cruza o vehículo que se detiene. Como
vemos, la superposición se propaga rápidamente de un objeto a todos los que interactúan con él,
haciendo la física mucho más complicada, pero también mucho más divertida.
enero de 1995. Imagen de Javier Rodríguez Laguna.
¿Y por qué no vemos esas superposiciones en nuestra vida ordinaria? El tiempo que un objeto es capaz
de mantenerse en una superposición de estados decrece con su tamaño. Schrödinger, para ilustrar el
concepto, nos sugirió imaginar un gato en superposición de estados, vivo y muerto, cosa posible en
principio, pero que no solemos ver. En cambio, los habitantes del mundo microscópico -átomos,
electrones, fotones, etc.- pueden mantenerse durante mucho tiempo en sus estados indecisos. Gatos y
humanos tenemos menos tolerancia a la incertidumbre, salvo que se trate de temas amorosos,
supongo, donde el it’s complicated mantiene cierto aroma cuántico.
¿Y qué ocurriría si lográsemos observar uno de esos estados en superposición? ¿Lo veremos borroso?
Pues no. Se trata de estados tímidos, a los que no les gusta dejarse ver. Cuando se les observa, eligen al
azar uno de sus estados componentes, con probabilidades dadas por los pesos que antes se han
comentado. Así que, cuando no se mira, la superposición está allí, pero cuando miras ya no está. ¿Cómo
podemos estar seguros entonces de que los electrones están en varios estados a la vez? ¿No será que
están en uno o en otro, pero que no sabemos en cuál?
Pues lo que sucede es que el término observar es demasiado vago para nuestros fines. En el mundo
microscópico tienes que decidir qué vas a observar y cómo lo vas a hacer. Podemos imaginar el mundo
cuántico como un oráculo al que hacemos preguntas. «¿Está el gato vivo o muerto?» Y, tras un instante
de reflexión, nos responde con una voz profunda y gutural: «vivo». Pero también podemos hacer otras
preguntas: «¿está el gato quieto o en movimiento?» «¿está hambriento?» El gato se verá forzado a
responder tras cada pregunta, desechando todos los estados incompatibles con la respuesta. Así, un
gato muerto al 99% y vivo al 1% podría ser revivido al 100% haciendo una serie de preguntas
inteligentes.
¿Y para qué nos sirve todo esto? Pues, respecto a los gatos, para nada, claro. Pero con los fotones y los
electrones podemos hacer ciertos trucos inteligentes. Podemos obligar a cada estado en superposición a
realizar una pesquisa diferente, y después tratar de reunir todos los resultados. Por ejemplo, imaginad
que tenemos que buscar una moneda en mil cajas cerradas. Puedo hacer que un sistema cuántico se
ramifique en mil estados, de forma que cada uno mire en una caja diferente. Este proceso se denomina
computación cuántica. ¿Y funciona? Pues… estamos en ello. La primera dificultad es técnica: aunque
los electrones mantienen el estado de superposición durante bastante tiempo, ésta se degrada con cada
manipulación. Pero, además de eso, la Naturaleza parece tener cierta querencia por frustrar cualquier
intento de resolver problemas difíciles de una manera fácil. Así, la búsqueda de la moneda se podría
acelerar empleando superposiciones de estados, pero no tanto como nos gustaría. ¿Cuál será el límite
de la potencia de la computación cuántica? ¿Existirá un límite fundamental de la naturaleza? Esas son
preguntas que nos absorberán durante los próximos años.
La UNESCO ha declarado 2025 como año mundial de la ciencia y la tecnología cuántica,
celebrando un siglo desde las formulaciones de Schrödinger y de
Heisenberg, basadas en el principio de superposición. La mecánica cuántica ya ha servido para
desarrollar mil avances tecnológicos, como los transistores, la luz LED, el láser o la superconductividad,
pero nos queda mucha tarea por delante, tanto en el ámbito tecnológico como en el de la ciencia básica.
Hasta donde sabemos, el universo funciona de manera cuántica en su nivel fundamental, y no hay
nada más humano que la curiosidad por conocer cómo funciona el mundo en el que vivimos.
Si te interesa el tema no te pierdas el blog Hablando de Física @UNED para mentes curiosas, apasionadas por la física.
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