Serge Haroche, premio Nobel de Física 2012: "Sin la ciencia básica no puede surgir ningún tipo de tecnología"

Como uno de los ganadores del premio Nobel de Física en 2012 junto al estadounidense David Wineland, Serge Haroche se ha convertido en una de las figuras más relevantes de los últimos años en el campo de la física cuántica. A través de experimentos sobre la interacción entre la luz y la materia, el científico galo y académico del Colegio de Francia propuso un método revolucionario que está cambiando la observación de fenómenos cuánticos, ciencia que durante muchos años solo pudo estudiarse teóricamente. Haroche se presentará el próximo 14 de abril en el Festival Puerto de Ideas de Antofagasta, organizado por Minera Escondida, donde expondrá en el bloque "Curiosidad, ciencia y tecnología: un círculo virtuoso".

¿De qué se tratará su participación en Puerto Ideas Festival?

Daré una charla sobre la conexión entre la ciencia básica, también llamada "ciencia del cielo azul", la búsqueda del conocimiento motivado por la mera curiosidad y la ciencia aplicada, cuyo objetivo es construir dispositivos para nuestra vida cotidiana, como transistores, GPS , láseres o algún día una computadora cuántica. Sin la ciencia básica no puede surgir ningún tipo de tecnología. En un momento en que los políticos tienden a favorecer la "ciencia aplicada" y consideran la "ciencia básica" como una especie de lujo, creo que es esencial subrayar la importancia de la investigación fundamental.

¿En qué consistió el trabajo que realizó junto al físico David Wineland sobre la interacción entre la luz y la materia?

David Wineland y yo trabajamos de forma independiente para atrapar y manipular partículas cuánticas únicas: átomos (partículas de materia) y fotones (partículas de luz). Wineland inventó métodos para atrapar átomos individuales con carga eléctrica (llamados "iones") y usó haces de luz para manipular estos átomos atrapados. Junto a mi grupo en París aprendimos cómo atrapar fotones en una caja hecha de paredes reflectantes y utilizamos haces atómicos atravesando la caja para manipular los fotones atrapados. Los experimentos de Wineland y los míos son complementarios. Él atrapó partículas de materia y usó partículas de luz para estudiarlas. Yo hice lo contrario, atrapé partículas de luz y usé partículas de materia para estudiarlas.

Según la Academia Nobel, este descubrimiento representa una revolución en términos de los métodos experimentales que han permitido la medición y la manipulación de sistemas cuánticos individuales. ¿Cómo fue el proceso mediante el cual se manipularon estas partículas?

Desarrollamos métodos originales para estudiar partículas cuánticas simples sin destruirlas. Por lo general, con el uso de aceleradores por ejemplo, las partículas en estudio se estrellan entre sí en colisiones energéticas y sus desechos proporcionan información sobre su estado antes de su destrucción. Es un tipo de análisis post mórtem, sin embargo en nuestro trabajo la historia es bastante diferente. Las partículas se observan sin ser destruidas, generando algo parecido a un tipo de física "en vivo".

¿Cuál fue la parte más compleja de este proceso?

En nuestros experimentos hubo dificultades fundamentales y tecnológicas a superar. Usualmente esta interacción destruye los fotones y los transforma en una corriente eléctrica (esto se llama efecto fotoeléctrico). Tuvimos que inventar un tipo de interacción más suave, dejando el fotón "vivo" al tiempo que imprimimos su información en un tipo especial de átomo muy sensible, llamado átomo de Rydberg, que puede indicar su interacción con un fotón sin aniquilarlo. Desarrollar este procedimiento, encontrar el tipo correcto de átomos y poder prepararlos y usarlos en nuestra configuración experimental fue el desafío fundamental. El desafío técnico era construir una cavidad hecha de espejos altamente reflectantes en los que la luz pudiera rebotar miles de millones de veces sin ser absorbida. Estos espejos, hechos de metales superconductores, nos permitieron atrapar fotones durante tiempos relativamente largos (del orden de una décima de segundo, que es un tiempo muy largo en la escala atómica). Durante ese tiempo, los fotones podrían interactuar con miles de átomos, proporcionando información muy precisa sobre el estado de la luz entre los espejos.

¿Cuáles son las potencialidades de este descubrimiento y cómo podría traducirse en la aplicación de nuevas tecnologías?

Estas propiedades misteriosas podrían, en principio, ser utilizadas para inventar nuevas formas de calcular, comunicar o medir más efectivas que los métodos basados en lógicas clásicas. Los experimentos, mediante los cuales aprendemos cómo manipular partículas cuánticas individuales, demuestran pasos elementales de procedimientos de información cuántica. Esto sigue siendo ciencia básica y estamos muy lejos de construir una verdadera computadora cuántica todavía. Pero, a lo largo del camino, desarrollamos nuevas herramientas y se esperan sorpresas.