Por casualidad hacia el futuro

El azar ya tuvo un gran momento hace más de 100 años. Hacia 1900, el físico Max Planck introdujo la idea de los cuantos. Desde el principio, los cuantos -partículas que asumen un número infinito de estados simultáneamente y que sólo se asignan al azar a un estado cuando se miden- parecieron tan controvertidos como prometedores.

Polémico, porque incluso pensadores como Albert Einstein tuvieron problemas con la idea de los cuantos y la mecánica cuántica que surgió en los años veinte con sus paradojas putativas: "Dios no tira los dados", dijo una vez, tratando de poner al azar en su lugar. Y prometedor, porque eso fue exactamente lo que no ocurrió. "Una de las realizaciones más fundamentales de la física cuántica es que existe la pura coincidencia", afirma el físico cuántico austriaco Anton Zeilinger. "Por tanto, hay sucesos individuales que no tienen una causa subyacente", prosigue Zeilinger, que también es Presidente de la Academia Austriaca de las Ciencias desde 2013.

El gato de Schrödinger es de Austria

Lo que a primera vista parece una grave desventaja frente a la física clásica, con su previsibilidad y precisión, pronto abrió aplicaciones potenciales inimaginables en la física cuántica. Utilizando, entre otras cosas, cálculos de probabilidad, la mecánica cuántica no sólo fue capaz de predecir el comportamiento general de las partículas de una forma estadística sorprendentemente fiable, sino que también aumentó drásticamente nuestra comprensión del comportamiento de las partículas más pequeñas. Sin la revolución de la física cuántica en la primera mitad del siglo XX, los logros técnicos de la segunda mitad, como los láseres, los superconductores y los teléfonos móviles, habrían sido impensables.

Los físicos austriacos participaron en esta revolución en una fase temprana e incluyeron a Erwin Schrödinger, contemporáneo de Einstein y miembro de la Academia. Con el "Gato de Schrödinger" - la metáfora de un gato encerrado en una caja, que está al mismo tiempo vivo y muerto hasta que se abre la caja - creó el experimento mental de física cuántica más famoso hasta hoy.

Los cuantos están encantados

Austria y la Academia Austriaca de las Ciencias continuaron esta tradición a finales del siglo XX con un compromiso cada vez mayor. Así, los investigadores que trabajan con Anton Zeilinger han logrado grandes avances en el estudio del llamado entrelazamiento cuántico. Aquí, se generan partículas con una dirección de oscilación aleatoria pero idéntica y se envían en direcciones diferentes. La dirección real es indeterminada hasta que se mide en una de las dos partículas entrelazadas. Si eso ocurre, no sólo se determina de forma aleatoria pero idéntica el estado de esta partícula sino también el de la partícula compañera, que puede estar a cualquier distancia, un fenómeno que Albert Einstein describió en su día como "espeluznante acción a distancia".

Enredos cuánticos desde el Danubio azul hasta el espacio

Espeluznante o casual, la física cuántica austriaca siguió en ello y expandió el entrelazamiento entre partículas emparejadas sobre el Danubio, más tarde sobre el centro histórico de Viena y, finalmente, incluso hasta el espacio. En 2003, la Academia Austriaca de las Ciencias consolidó la vitalidad de este campo de investigación con la creación del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica, que hoy cuenta con dos sedes, en Viena e Innsbruck. Convertido en poco tiempo en una de las principales direcciones de la investigación cuántica internacional, los científicos que allí trabajan han causado furor en varios campos de la física cuántica, desde los enfoques radicalmente nuevos del procesamiento de la información cuántica del equipo de Peter Zoller, hasta los experimentos de Francesca Ferlaino con materia cuántica ultrafría.

Mientras que en Viena, entre otras cosas, se estableció un récord mundial tras otro en el entrelazamiento cuántico, en Innsbruck se lograron repetidamente hitos en otro ámbito dentro de la física cuántica: en la investigación sobre ordenadores cuánticos. El aspecto clave aquí: mientras que las unidades de procesamiento más pequeñas de los ordenadores convencionales son o 0 o 1, los llamados qubits de los ordenadores cuánticos pueden ser una combinación de ambos. Como resultado, los qubits pueden llevar a cabo varios procesos informáticos en paralelo, lo que lleva las capacidades de cálculo de un sistema informático cuántico a otra dimensión. La industria es consciente desde hace tiempo de este elevado potencial tecnológico y está invirtiendo miles de millones en la investigación de ordenadores cuánticos en todo el mundo.

Ordenadores cuánticos fabricados en Austria

En la Academia Austriaca de Ciencias se vive la investigación básica y se considera al mismo tiempo la investigación aplicada. En el campo de los ordenadores cuánticos, así lo demuestra Alpine Quantum Technologies (AQT), una empresa derivada de la Academia y la Universidad de Innsbruck. El objetivo de la start-up es desarrollar en los próximos años un primer ordenador cuántico utilizable comercialmente.

La base son los conocimientos técnicos y los hitos técnicos que los investigadores cuánticos de la Academia, entre otros, han logrado en este campo en los últimos años. "Puede que no tengamos la infraestructura y el dinero que tienen las grandes empresas. Pero tenemos gente muy buena y tenemos ideas", afirma Rainer Blatt, físico cuántico de la Academia y cofundador de AQT. El entrelazamiento cuántico también tiene la mejor oportunidad de volver a barajar las cartas de nuestra convivencia digital: la primera conexión intercontinental de comunicación cuántica establecida en 2017 entre la Academia de Viena y la Academia China de las Ciencias de Pekín demostró que el entrelazamiento de partículas de luz con la ayuda de satélites en órbita permite una transferencia de datos completamente a prueba de escuchas. La clave cuántica criptográfica generada aleatoriamente se transmitió al remitente y al destinatario de un paquete de datos y, al mismo tiempo, quedó asegurada por las leyes físicas cuánticas: cualquier intento de escucha habría quedado al descubierto inmediatamente. Con esta prueba de concepto se creó una base central para el internet cuántico del futuro.

El hecho de que la ciencia deje mucho al azar probablemente habría sorprendido a los investigadores en el pasado. Para los físicos cuánticos de la Academia Austriaca de las Ciencias, sin embargo, esto forma parte integrante de sus experimentos y estudios. Y su éxito les da la razón.

Preguntas y respuestas con Anton Zeilinger, pionero de la física cuántica y Presidente de la Academia Austriaca de las Ciencias.

¿Cuál es la posición internacional de Austria en física cuántica?
En términos de producción, a pesar de nuestro pequeño tamaño, somos uno de los países mejor posicionados del mundo.

La física cuántica promete numerosas aplicaciones futuras - palabra clave: internet cuántico. ¿Por qué sigue siendo importante hacer investigación básica?
Lo realmente nuevo que necesita el mundo del mañana provendrá de la investigación básica, porque la buena investigación básica está impulsada únicamente por la curiosidad y, por tanto, da con cosas que a nadie se le habían ocurrido antes.

¿Qué le parece fascinante de la física cuántica?
La belleza de las matemáticas y el hecho de que muchos hallazgos de la teoría cuántica contradigan nuestra experiencia cotidiana.

¿Con qué nuevos descubrimientos científicos se ha topado recientemente?
Hemos conseguido teletransportar estados cuánticos multidimensionales, lo que permitirá que los futuros ordenadores cuánticos tengan mayor capacidad de información que con los qubits convencionales.