Cursillo acelerado de física cuántica, por el Nobel Serge Haroche

• Darío Gil, un español al mando del primer ordenador cuántico comercial del mundo

UN GATO VIVO Y MUERTO A LA VEZ

El físico Erwin Schrödinger ideó el experimento mental que sirve para entender las leyes de la física cuántica. Imaginemos un gato dentro de una caja opaca y cerrada donde también hay una botellita con gas cianuro y un mecanismo con un martillo que, en cuanto detecta un electrón, rompe la botellita. Puede que el mecanismo capture el electrón, el martillo rompa el frasco y el gas letal se esparza. En tal caso, si abrimos la caja, el gato aparecerá muerto. O puede que no. Y el gato aparecerá vivo. Hasta aquí todo es lógico. Estamos en el terreno de la física clásica, pero la cuántica nos desconcierta.

→ ¿Por qué? Porque el electrón es al mismo tiempo onda y partícula. Para entenderlo, sale disparado como una bala, pero también como una onda. Es decir, toma distintos caminos a la vez. Y, además, no se excluyen. Por eso, el electrón será detectado y el gato morirá. Y, al mismo tiempo, no será detectado y el gato seguirá vivo. A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen de forma simultánea. El gato acaba vivo y muerto a la vez, y ambos estados son igual de reales.

→ «Un ordenador cuántico no es más que una caja con un gato muy gordo en su interior», ironiza Serge Haroche, Premio Nobel en 2012.

Repasamos con el físico francés los hitos de la mecánica cuántica

Año 1865 / Y SE HIZO LA LUZ

«La historia de la física cuántica nace con una pregunta que la humanidad se hace desde siempre. ¿Qué es la luz? Las primeras respuestas fueron de tipo religioso. Hasta que Maxwell describe la luz como una onda electromagnética –explica Haroche–. Afirma que fuera del espectro de la luz visible hay fenómenos invisibles».

1905 / LA DUALIDAD ONDA-PARTÍCULA

Cuando un objeto se calienta, irradia luz. El Sol, por ejemplo. En teoría, a mayor frecuencia, más energía irradiada. Con las ondas cortas (rayos infrarrojos) salen las cuentas, pero con las largas (ultravioletas) los resultados son disparatados. «Einstein se percata de que la física clásica no puede explicarlo. Y propone que en la luz, además de ondas, viajan paquetes de energía (fotones). Abre así la caja de Pandora».

Ampliar

1925-28 / LAS SUPERECUACIONES

Schrödinger, Heisenberg y Dirac desarrollan las ecuaciones de la teoría cuántica. El sentido común nos dice que una partícula no puede estar en dos posiciones a la vez. Y que dos partículas separadas por millones de años luz no deberían adivinarse los movimientos y 'copiarse' una a otra como si estuvieran frente a un espejo. «Pero es así. Las matemáticas salen. Desafían nuestra lógica, pero es la teoría más exitosa y potente que ha desarrollado la mente humana».

1926 / LOS DADOS DE DIOS

Los padres de la física cuántica no terminan de asimilar sus propias teorías. «Hay que tener en cuenta que no podían ver los átomos como nosotros...». Además, sus postulados solo funcionan a un nivel microscópico. «Eso es algo que fastidiaba a Einstein. Es como si hubiera tenido dos hijas: la teoría de la relatividad, su favorita, y la física cuántica, con la que no estaba nada contento. Por eso decía que Dios no juega a los dados». La metáfora es una crítica a la mecánica cuántica, que rechazaba por su aleatoriedad.

1960 en adelante / ¡CALLA Y CALCULA!

Una nueva generación de físicos empieza a aplicar las ecuaciones cuánticas en el mundo real. Total, si funcionan... Se inventa el rayo láser, la fibra óptica, los relojes atómicos, etcétera. «En mi época en la facultad, si alguien divagaba, el profesor le decía: '¡Calla y calcula!'. La gran paradoja es que esas leyes se basan en la aleatoriedad, pero dan resultados muy precisos. Un reloj atómico marca la hora con una exactitud de una fracción de segundo desde el Big Bang».

Te puede interesar

La mujer que rompió las leyes (sociales) de la Física

Andrei Linde: "El big bang suscita cuestiones tan delicadas que da miedo hablar de ellas"