Con motivo del curso de verano El nuevo misterio de la física cuántica ya tiene aplicaciones: una introducción a la Teoría Cuántica de la información que se celebra durante esta semana en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Oviedo, el prestigioso físico Juan Ignacio Cirac impartió una conferencia titulada Introducción a los simuladores cuánticos. Tras una clara y precisa exposición, Wis_Alien y yo tuvimos la ocasión de poder plantearle una serie de preguntas a modo de mini-entrevista, que hoy os presentamos. Para los que todavía no conozcáis a Juan Ignacio Cirac, os diré que es actualmente de los físicos españoles de mayor prestigio (si no el que más).

Se licenció en la Universidad Complutense de Madrid en 1988 y tras una estancia de 5 años como profesor titular en la Universidad de Castilla la Mancha (1991-1996), pasó a ser catedrático en el Institut für Theoretische Physik en Innsbruck, Austria (1996-2001). Desde el año 2001 es director de la División Teórica del Instituto Max-Planck para la Óptica Cuántica en Garching, Alemania. Posee más de 200 artículos publicados, siendo uno de los científicos más citados en su campo: la Teoría Cuántica de la Información. Posee también numerosos premios de prestigio internacional como pueden ser, la Medalla de la Real Sociedad Española de Física (2002), el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica (2006), el Premio Nacional de Investigación Blas Cabrera (2007), o el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento y la Cultura en Ciencias Básicas (2008).

Una vez hecha la presentación de este gran físico pasemos a la entrevista.

PREGUNTA: Ante todo gracias por los 5 minutos que se ha tomado la molestia de estar con nosotros, porque sabemos que tenía prisa.
RESPUESTA: Encantado, no os preocupéis.

P: Le queríamos un poco empezar a preguntar qué motivación hay hoy en día para interesarse por la física y estudiarla; y más aún luego extenderse a estudiar cosas que no están tan establecidas en lugar de cosas más comunes en el campo de la física.
R: Lo primero quiero decir que la física es algo muy extenso. Mucha gente se piensa que el físico es aquel que está encerrado en un laboratorio, que ni come ni nada, y eso no es verdad. Físicos hay un poco de todo. Hay físicos en laboratorios, hay otros físicos que hacen cosas muy teóricas, otros físicos que trabajan en empresas que hacen un trabajo extraordinario, otros físicos que trabajan en algo técnico, hay físicos que por su formación y diversa actividad hace que sean empresarios… La física es una carrera muy amplia, con muchas posibilidades, sobre todo yo diría eso: con muchas posibilidades. Desde hace algo muy básico, o muy abstracto, hasta hacer algo muy aplicado, y yo creo que esa es una de las motivaciones para estudiar física. Te da una formación con la que puedes hacer desde algo teórico casi tocando la filosofía, a algo muy matemático, a algo muy práctico, hasta construir aparatos o crear nuevos sistemas de comunicación. Es un abanico muy amplio.

P: Su trabajo se centra en la mecánica cuántica y en especial la óptica cuántica. Así a grandes rasgos, para los que no sepamos lo que es la óptica cuántica, cuéntenos un poco qué es, en qué se basa…
R: La óptica cuántica estudia la interacción entre la luz y la materia con una descripción cuántica, es decir tanto la luz como la materia hay que tratarlas con el formalismo cuántico. Típicamente la materia se mueve a velocidades no relativistas, es una teoría cuántica no relativista para la descripción de los efectos entre luz y materia: pues como los átomos o moléculas absorben o emiten fotones, cómo se pueden utilizar esos fotones para manipular los átomos y cómo se pueden utilizar los átomos para manipular los fotones.

P: ¿Dónde aparece la relación entre óptica cuántica y el campo en el que quizás es usted más conocido, la computación cuántica? ¿Dónde aparece la relación entre estos dos temas?
R: La computación cuántica es algo abstracto. Es utilizar las leyes de la física cuántica para realizar cálculos. Ahora, si pensamos cómo hacerlos en la práctica, lo tenemos que hacer con un sistema físico y la óptica cuántica precisamente te dice cómo hacerlo con ciertos sistemas físicos: cómo hacerlo con átomos y con luz.

P: Hablando de los ordenadores cuánticos, ¿cuándo cree que podrán aparecer? ¿Llegarán a poderse utilizar a nivel de usuario? Es decir, si los costes que conlleva la infraestructura que implica un ordenador cuántico actualmente, o que pensamos que implicará, llegará algún día al nivel usuario para que tengamos todos un ordenador cuántico en casa debajo de la mesa ejecutando cálculos para entretenimiento, trabajo, o lo que sea.
R: Pues, no lo se. No se cuándo tendremos un ordenador cuántico, bueno, ordenadores cuánticos tenemos, pero son muy pequeñitos y no sirven para nada que sea competitivo. ¿Cuándo tendremos un ordenador cuántico que pueda hacer cálculos que no podemos hacer hoy en día? No lo se, y eso pueden ser 20, 30, 40 años, depende del desarrollo tecnológico. Por ahora funciona bien, pero no sabemos si nos vamos a encontrar en algún momento con un obstáculo, ese es el problema fundamental.
Y tampoco se como va a ser. No se si habéis visto alguna vez alguna imagen de cómo se imaginaban, los que construyeron los primeros ordenadores, los ordenadores del futuro. Pues una habitación que está llena de palancas y de pantallas de televisión enormes con muchas luces y claro, eso no tiene nada que ver con nuestros portátiles. Así que yo creo que pasa lo mismo con nuestros ordenadores cuánticos. Y de hecho, pues es posible que para las necesidades más mundanas que tenemos hoy en día, para jugar y todo eso, los ordenadores usuales nos cubran ya todas las necesidades.

P: ¿Cuál es el coste medio aproximado que lleva una investigación de un prototipo de ordenador cuántico que pueda efectuar pequeños cálculos?
R: Pues es un coste continuado, pero con un personal de 50 personas sobre un millón de euros al año.

P: Con respecto a la otra alternativa que hay a medio camino entre la computación clásica y la cuántica, que sería la computación con fotónica y guías ópticas, ¿qué perspectiva hay desde el punto de vista de alguien que se dedica a la computación cuántica? ¿Hay peligro de que avance más rápido y se acaben las investigaciones en computación cuántica porque la fotónica resulta ser más productiva?
R: Hay un cambio conceptual. Los ordenadores ópticos son ordenadores clásicos, lo que pasa que funcionan más rápido por lo que sea. El ordenador cuántico no tiene nada que ver con la mejora del software o del hardware, son otras leyes de la naturaleza. Hay cosas que los ordenadores ópticos nunca podrán hacer porque tendrían que utilizar todo el universo como ordenador para poder hacer algo que con 1000 átomos o 100.000 átomos se podría hacer. Es decir, hay algo conceptual, el ordenador cuántico, si lo construimos, siempre podrá hacer cosas que ni un ordenador óptico ni cualquiera que se podría imaginar cualquier persona podría hacer.

P: Por tanto, la principal diferencia es el tipo de procesos que se podrían llevar a cabo con un ordenador cuántico, ¿no?
R: La principal diferencia es las leyes en las que se basa el funcionamiento. El ordenador óptico son las mismas leyes que el ordenador que tienes encima de la mesa: son ceros y unos que se manipulan de una forma o de otra. Ahora, el hardware puede ser óptico, puede ser electrónico… En el cuántico no se trabaja con ceros y unos, se trabaja con estados cuánticos y eso es lo que le da la potencia.

P: Ya para terminar, ¿qué les diría a todos aquellos que están interesados en la física y se van a animar a estudiar la carrera? ¿Algún consejo o recomendación?
R: Lo primero felicitarles porque han escogido una carrera muy, muy buena. Y yo lo que les aconsejaría es que se preparasen bien, que estudien razonablemente, aunque no solo hay que estudiar en la vida porque hay muchas cosas importantes que hacer, pero que estudien razonablemente; que aprendan, y que luego elijan algo que se les de bien y que les guste. Con eso triunfarán. Eso es lo más importante.

P: Y por último, ¿en una o dos palabras cómo calificaría el papel de España en cuanto a la investigación científica?
R: Yo diría que aceptable.

P: Muchas gracias por concedernos esta entrevista.

Nos gustaría dar de nuevo las gracias a Juan Ignacio Cirac por tener la amabilidad de concedernos esta entrevista. Se le vio durante los casi 10 minutos que estuvimos con él como una persona muy cercana y comunicativa: todo un placer hablar con este gran físico.

Saludos

Tengo que reconocer que no soy muy social en Internet, no soy de esa clase de gente que deja comentarios en todos los blogs que visita ni que se dedica a enlazar noticias compulsivamente. Sin embargo, si hay una cierta cantidad de foros que visito asiduamente y leo en profundidad dejando alguna vez mi opinión. Por supuesto, cuando más disfruto es cuando alguien abre un tema relacionado de alguna manera con la física, pues entonces puedo meter baza y explayarme ante el vulgo (como me gusta esta palabra ).

Pese a ello, no me produce ninguna alegría el gran número de hilos que últimamente veo sobre las máquinas maravillosas o máquinas de movimiento perpetuo.

Desde siempre, aquellos magufos que poco saben de física y mucho de palabrería barata han buscado máquinas que mantengan su movimiento perpetuamente, con el aporte infinito de energía que esto conlleva. Durante el siglo XIX la maquina de vapor y las ruedas reductoras eran las herramientas utilizadas para construir este tipo de motores. Hoy día, en el nuevo milenio, aquellos que disfrutan de engañar o ser engañados han encontrado una nueva panacea en esto de la energía infinita: los imanes.

Seguro que todos nosotros, en nuestra infancia, nos hemos asombrado como, sin ninguna conexión material, un imán es capaz de atraer a otro. Sin embargo, según han pasado los años y nos han enseñado algo de magnetismo, comprendemos que no hay tanto de maravilloso como de lógico.

Pero claro, si asumimos las tesis conspiranoicas de los magufos, bien podrían haber sido las leyes de Maxwell falsas y los imanes guardarían la fuente de la energía infinita… por supuesto, esto es mentira, aunque muchos lo crean.

Con una rápida búsqueda en Google no es difícil encontrarse con vídeos como este:

Como podemos observar, nos encontramos un motor, presuntamente magnético, que funciona con el simple hecho de acercar una pieza exterior donde se encontrarían los imanes. Si bien lo cutre del vídeo (incluyendo el salto a mitad de la reproducción) ya dicen mucho de su origen, su autor aún se pone más en evidencia, pues muestra el esquema de construcción del motor.

Y, con un mínimo de sentido común (no hace falta ni conocer las leyes de Maxwell) podemos ver que el motor es, al completo, un timo.

Para visualizarlo, imaginemos que tenemos un imán en la mano y acercamos otro con los polos situados de manera que se atraigan. Es evidente que la atracción aparecerá tanto si acercamos el imán por la izquierda como por la derecha. Volviendo al caso del motor, no es difícil ver que la velocidad que obtendrá mientras los imanes se sienten atraídos por sus compañeros, se perderá cuando sobrepasen la posición de estos y se sientan atraídos en dirección contraria, el efecto es similar a una pelota rodando por una “u”, con el añadido de que la fricción irá frenando sucesivamente el maravilloso motor… bien, pasamos de energía infinita a un balance negativo.

Si bien es verdad que los polos de los imanes del dibujo están distribuidos de una manera peculiar, una maravillosa norma matemática conocida como “principio de superposición” nos permite tratar los efectos por separado y luego sumarlos, de manera que nuestra conclusión no varía, pues lo mismo que acabamos de describir para el caso de la atracción es válido para la repulsión.

Si bien este caso anterior se queda en una mera anécdota producto de una de tantos fakes que inundan la red de redes, el mero hecho de que la gente se trague estos inventos demuestra la ignorancia de nuestra sociedad actual.

El caso más sonado en relación a este tipo de maquinas se dio en el año 2006 cuando STEORN, una pequeña compañía Irlandesa de menos de veinte empleados no solo presentó un supuesto motor de energía infinita, si no que retó a la comunidad científica a demostrar que no funcionaba, saltándose completamente una ley principal en la investigación científica: se ha de demostrar lo que es, no lo que no es.

El caso es que esta maniobra sonaba más a campaña publicitaria que a reto serio, entre otras cosas por los principios de funcionamiento del supuesto motor, que incluían fantasmadas como la extracción energía del subespacio o del vacío, todo ello requiriendo, por supuesto, imanes.

Sin embargo, la empresa parece que consiguió lo que buscaba, pues provocó un intenso debate televisivo sobre las posibilidades de la energía infinita y las conspiraciones gubernamentales y, en Junio de este mismo año han anunciado la comercialización del ingenio (pese a haber cancelado en dos ocasiones una demostración pública…). Personalmente, le deseo a STEORN la mayor de las bancarrotas.

Sin embargo, la culpa de todo esto no la tienen los empresarios aprovechados, que de esos hay en todos lados, si no la educación que reciben nuestro hijos, que no fomenta el espíritu crítico ni la duda (a mi me miraron raro el otro día por intentar explicarle a dos niños porqué la Luna no se cae).

Y es que como dijo Pitágoras: “Educad a los niños para no tener que castigar a los hombres”.

No se como no escribí esto antes, pero bueno, mejor tarde que nunca.
Durante las últimas semanas, los miembros de la sección local de la Real Sociedad Española de Fisica hemos organizado un taller de construcción de telescopios que tendrá lugar en la facultad de Ciencias (C/ Calvo Sotelo de Oviedo) del 6 al 10 de Abril y que tiene un coste de 50€ por persona.

En el curso en cuestión, acometeremos la tarea de construir el tubo óptico de un telescopio reflector tipo Newton, de 1,25 m de distancia focal y #f 8. El maestro del taller será Angel Biarge Bitria, perteneciente a la Agrupación Astronómica de Huesca y con bastantes años de construcción de este tipo de dispositivos a sus espaldas.

Si hay algún interesado en el tema, le recomiendo que visite la web de la RSEFAS y se apure en apuntarse. Y si aún estás dudoso, personalmente recomiendo el curso a todo aquel que le guste la astronomía, pues el tubo que vamos a fabricar es relativamente bueno si se colima correctamente.

PD: El cartel que se muestra aquí debajo a una resolución paupérrima es un diseño mío

Ya que últimamente está muy de moda todo lo relacionado con la física nuclear y subatómica (siendo el LHC el culpable de todo esto) no estaría de más que algunos conocimientos básicos llegasen al público en general para que comprendiesen porqué el dinero público se invierte en eso de acelerar partículas. Para ello, un primer paso sería enumerar y explicar la multitud de fenómenos cuánticos que se presentan en la naturaleza y que, tras años de estudio, hemos sido capaces de desarrollar y de utilizar a nuestro favor en la tecnología.

Si bien existe una base muy amplia detrás de todos estos efectos, existen muchos libros y artículos que se dedican a desgranar propiedades cuánticas como la indeterminación o el porqué de la descripción a través de funciones de onda de una manera muy clara y, por supuesto, mucho mejor de lo que yo podría hacer en este humilde blog.

Sin embargo, hay un efecto bastante curioso que no se suele tratar a nivel divulgativo y que se relega a ser explicado en los libros de física cuántica propiamente dicha, libros que no están al alcance de la comprensión de cualquiera (a veces ni de los que nos dedicamos a esto). Este es el efecto túnel.
El efecto túnel es la propiedad que tienen las partículas subatómicas de cruzar a terrenos que, según la física clásica estarían prohibidos para ellas; hablando en términos más técnicos, la capacidad de las partículas de cruzar una barrera de potencial. Para comprender esto con claridad supongamos que lanzamos un electrón (una partícula de carga negativa) contra otro. Puesto que las dos partículas poseen idéntica carga eléctrica, aparecerá una fuerza encargada de repelerlas y que, en ausencia de otras fuerzas, impedirá que las partículas se toquen entre sí; es decir, el campo eléctrico creado por las partículas genera una barrera que les impide tocarse.

Este es un pequeño análisis de la situación mediante términos clásicos, en los que el electrón posee una posición y una velocidad definidas. Sin embargo… ¿qué ocurre si observamos el fenómeno de manera correcta bajo las leyes de la física cuántica, concretamente del principio de incertidumbre? Como este principio explica, una partícula no posee una posición y una velocidad definidas, si no que ambas magnitudes están difusas, pueden tomar valores de un amplio catálogo, cumpliéndose que, cuanto mejor conozcamos una de las magnitudes, peor conoceremos la otra. Así, una pequeña reflexión sobre el fenómeno anterior nos lleva a la conclusión de que, si la incertidumbre en la posición es lo suficientemente alta, esta podrá extenderse hasta la región que, en principio sería inaccesible, provocando que la partícula pueda estar encontrarse en ella.

Puede parecer endemoniadamente incomprensible, como todo lo que ocurre en terreno cuántico, pero tiene su lógica detrás si se estudia el fenómeno desde el objetivo de las funciones de onda.

Es decir, supongamos que el electrón que lanzamos contra la barrera está representado por una función que, en ciertos términos, definirá la probabilidad de encontrar al electrón en las distintas zonas de espacio. Esta función de onda, como todas las de su tipo, se obtiene como solución de la ecuación de Schrödinger:

Y aquí es donde aparece la distinción con la teoría clásica y el porqué del efecto túnel.

En física clásica, el movimiento de las partículas está regido por las ecuaciones de Newton, ecuaciones cuya solución es nula si la partícula tiene menos energía de la que necesita para cruzar las barreras de potencial. Es decir, la partícula “sufre” los efectos del Principio de Conservación de la Energía. Veámoslo así, supongamos que lanzamos la partícula hacia arriba con todas nuestras fuerzas y, por tanto, otorgándole una cantidad de energía en forma de velocidad (energía cinética). Es lógico, que llegará un punto desde el que la partícula no pueda subir más, y este punto será más alto cuanta más velocidad, más energía cinética, tenga la partícula; siendo los puntos más altos inaccesibles para esta.

Sin embargo, en el mundo de la física cuántica esto no ocurre. La anterior ecuación de Schrödinger, que sustituye a las ecuaciones de Newton a la hora de conocer la evolución de un sistema, posee solución no nula incluso si la energía de la partícula es menor que la necesaria para acceder a determinadas zonas del espacio. Esto provoca que exista una probabilidad, menor cuanto más penetremos en la barrera de potencial, de encontrar a la partícula en zonas que, en principio, serían inaccesibles para ella. ¡Y esto se da incluso cuando la partícula “rebota” en la barrera de forma completa!
Así pues, el poder encontrar partículas fuera de su zona accesible es una confirmación directa de la validez de la explicación cuántica y un fenómeno que permite multitud de usos en la tecnología moderna.

Funcionan, utilizando el efecto túnel como fenómeno fundamental: los grandes telescopios de efecto túnel, ciertos tipos de detectores de radiación y determinados componentes electrónicos como los diodos túnel entre otras cosas. También es el efecto túnel el culpable de la capacidad de Gata Sombra de atravesar las paredes, provocando que todas las moléculas de su cuerpo tunelen a la vez.

Y como último párrafo os dejo una curiosidad sobre el efecto túnel. Recordemos que, este fenómeno, implica que las partículas puedan estar en zonas a las que, en principio no podrían llegar. Bueno, pues os comunico que existen posibilidades de que todas vuestras moléculas tunelen a la vez y os convirtáis en las primera persona en Marte. ¿La pega? Esto solo ocurrirá una vez en un tiempo igual a dos edades del Universo… aunque bueno, yo estoy convencido de haber perdido un anillo porque tuneleó a través del suelo…

Así que ya sabéis, la verdad está ahí fuera… o por lo menos existe alguna probabilidad de que esté.

Ya que he decidido volver a escribir con frecuencia en el blog, qué mejor forma que con una nueva plantilla mucho mejor que la anterior, más dinámica y con una nube de tags en 3D que gira y gira.