En todas partes y al mismo tiempo: un camino al Nobel

Un interesante estreno de este año fue “Todo en todas partes al mismo tiempo”, película de ciencia ficción con vertiginosos viajes entre universos paralelos, historias cruzadas y seres privilegiados capaces de saltar a voluntad en el multiverso. La ciencia ficción tiene esa magia: proponer mundos imposibles.

Salvo que, a veces, esos mundos sí existen, solo falta encontrarlos. Es lo que lograron John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger, reconocidos este martes con el Premio Nobel de Física 2022.

122 años antes comenzó esa historia. Con siglos de éxitos, la Física adquirió un aura de infalibilidad. Pero al observar con más detalle la materia a escala microscópica, en el reino de moléculas, átomos y electrones, era claro que las teorías existentes no bastaban. Así, en 1900, Max Planck propuso una revolución: la Mecánica Cuántica. En las décadas siguientes la teoría se desarrolló con frenesí, con ecuaciones y experimentos que la asentaron, hasta hoy, como la mejor manera de describir el comportamiento de las partículas elementales.

Sin embargo, los éxitos trajeron también preguntas inquietantes, obligando a cuestionarse su significado. En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rose publicaron un artículo “denunciando” estos problemas, planteando astutamente la “paradoja EPR”, por las iniciales de sus autores. La paradoja consiste, en términos muy sencillos, en que si hay dos partículas correlacionadas entre sí, de acuerdo a las leyes cuánticas, entonces los resultados de una medición sobre una de ellas determinan inmediatamente el resultado de una medición similar sobre la otra. Sin importar la distancia entre las mediciones.

Lo anterior, generaba un conflicto con varios conceptos previos, como la noción de localidad en Física, o que la información no puede propagarse más rápidamente que la luz (contradiciendo a la Relatividad Especial del propio Einstein). Diversos trabajos intentaron dilucidar la paradoja, a favor o en contra de la crítica de EPR. Nació un nuevo concepto, entrelazamiento, para describir ese curioso comportamiento de las partículas y sus propiedades compartidas. Y también una extraña historia sobre un gato de Schrödinger, vivo y muerto a la vez, decidiendo su camino solo cuando alguien lo observa.

Recién en 1964, John Bell logró convertir el dilema en ciertas ecuaciones, llamadas desigualdades de Bell. Maravillosamente, la discusión ya no era solo teórica, sino que se podía resolver experimentalmente: cuidadosas mediciones dirían que, si las desigualdades no se cumplen, hay que aceptar lo extraño de la Cuántica, con entrelazamiento, no localidad, y la imposibilidad de explicar estos experimentos con una mentalidad “clásica”.

Este largo camino para entender la Cuántica desembocó así en una serie de bellísimos experimentos, tres de los cuales fueron realizados por equipos comandados por Clauser (1972), Aspect (1981) y Zeilinger (1998), que les valieron el Premio Nobel este año. Con ellos comprobamos que la paradoja EPR, aunque extraña, es cierta, el entrelazamiento cuántico existe, incluso si las decisiones de medición sobre una de las partículas son al azar (para que la otra partícula no alcance a “enterarse”), o aumentando la distancia entre las mediciones, evidenciando que la correlación es puramente cuántica, sin traspaso de información entre ellas por otros mecanismos. Como si estuviesen en todas partes, al mismo tiempo.

Experimentos que, como la ciencia ficción, también abrieron mundos imposibles. ¿Es posible usar el entrelazamiento cuántico con fines prácticos? Nuestros computadores trabajan con secuencias de unos y ceros. Pero, ¿y si pudiéramos manejar superposiciones de unos y ceros? Con toda la información posible en un mismo sistema, en vez de sistemas separados, ¿podríamos procesar la información mucho más rápidamente? El desafío ha gatillado una explosión de investigaciones en computación cuántica, y una promesa de algoritmos enormemente más rápidos, y computadores alucinantemente veloces.

Los computadores ya nos sorprenden con sus habilidades. Hoy juegan ajedrez y nos ganan, tal como imaginara Ambrose Bierce en su cuento de 1899, “El amo de Moxon”. Contamos con algoritmos para conducción autónoma, al modo de esa serie ochentera, “El Auto Fantástico”. Podemos comandar máquinas por voz, igual que Harrison Ford en “Blade Runner”. Quizás la computación cuántica nos lleve a mejorar estas tareas, y a realizar otras que, hoy, sólo podemos concebir como ciencia ficción. Gracias a lo que sabemos de las leyes del mundo microscópico, los futuros irreales se acercan. Como para los gatos de Schrödinger, hay muchos caminos posibles de aquí en adelante. En el caso de Clauser, Aspect y Zeilinger, uno de esos caminos los llevó a un merecido Premio Nobel. ¿A dónde nos llevará a nosotros?

*Académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile.