Un premio para los que captaron en acción a la mecánica cuántica

Luego de la entrega del Nobel de Medicina, llegó el turno del de Física. Este martes, fueron reconocidos John Clarke (Reino Unido), Michel Devoret (Francia) y John Martinis (EE.UU.) por sus aportes en física cuántica. De acuerdo a lo dicho por el jurado de la Academia Sueca de Ciencias, fueron distinguidos “por el descubrimiento del efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico”. En criollo, realizaron contribuciones para tratar de comprender los límites en que se aplican las reglas del mundo microscópico y las del mundo visible. Como resultado, sus esfuerzos pueden traducirse en avances en campos complejos como la computación cuántica, la criptografía aplicada a ciberseguridad y los sensores útiles en áreas como salud. 

El mundo cuántico no es muy sencillo de entender. Sobre todo, porque incluye postulados que en un primer acercamiento podrían sonar irracionales. La idea de que una partícula puede estar en dos lugares distintos al mismo tiempo es difícil de deglutir por una mente demasiado acostumbrada al mundo visible. Lo que los científicos del rubro suelen explicar es que las propiedades que se dan a escala muy pequeña (átomos, por ejemplo), luego no se advierten cuando la escala es mayor (personas, por caso). Precisamente, los aportes que realizaron Clarke (Universidad de California, en Berkeley), Devoret y Martinis (ambos de la Universidad de California, en Santa Bárbara) se orientan a la confluencia de estos dos universos.

Federico Holik, investigador del Conicet en el Instituto de Física La Plata, detalla a Página 12: “Es un reconocimiento muy importante porque estos descubrimientos tienen un impacto en la segunda era de aplicaciones tecnológicas de la física cuántica; me refiero a las computadoras cuánticas”. Y continúa: “Se está reconociendo un área de la física que todavía está abierta. Respondieron a de qué manera, a partir de componentes cuánticos de la materia, es posible obtener física clásica. En sus experimentos demostraron que, bajo ciertas condiciones, uno puede obtener un sistema cuántico a una escala mayor”.

Experimentos innovadores

Juan Pablo Paz, Investigador del Conicet en el Instituto de Física de Buenos Aires, explicó: “El premio reconoce al desarrollo de circuitos cuánticos superconductores. Una tecnología prometedora, muy revolucionaria, para la construcción de computadoras cuánticas”. Según relata el referente, su aporte permite manipular materiales y construir circuitos superconductores, que operan a temperaturas muy bajas (muy cerca de los 273 grados bajo cero) y, a pesar de estar compuestos por muchísimos átomos, se comportan tal como lo predice la mecánica cuántica.

Como refiere Paz, los expertos reconocidos con el Nobel de Física diseñaron un circuito eléctrico a partir de materiales superconductores, aptos para conducir electricidad sin resistencia a temperaturas bajas. Al pasar corriente, notaron que el conjunto de las cargas eléctricas que se movían en el superconductor se asemejaban a una sola partícula gigante, capaz de atravesar barreras. Así fue cómo el efecto del túnel cuántico, que se podía demostrar hasta ese momento solo a escala cuántica, se comprobó en un objeto visible.

“A partir de estos circuitos, lo que mostraron los científicos es que se puede fabricar ‘átomos artificiales’. Uno arma una especie de circuito, a partir de la combinación de elementos electrónicos, que funcionan como sistemas que tienen un espectro de energías y obedece a las leyes de la mecánica cuántica. Leyes que en general no se aplican a sistemas grandes, sino muy pequeños, y en este caso pueden aplicarse a los grandes. Tanto que pueden verse con los propios ojos. Los átomos artificiales pueden conectarse entre sí a partir de pequeños cables y dar como resultado computadoras cuánticas, como las que funcionan, por ejemplo, en Google y en IBM”. 

Las compañías valoran tanto los desarrollos en computación cuántica que, según se estima, invierten entre 500 y 1000 millones de dólares al año.

Computación cuántica: ¿realidad o promesa?

Si la física cuántica es difícil de comprender, no cuesta mucho aventurar cuánto más complejas serán sus aplicaciones. Una de las grandes apuestas es la computación cuántica: un ordenador que, por sus características, es capaz de resolver en apenas unos minutos algo que a los ordenadores comunes le llevaría millones de años. Es una apuesta porque, por el momento, los resultados que brindan las computadoras cuánticas están lejos de conseguir una hazaña como esa y demostrar efectos reales. Sin embargo, el camino ya fue trazado.

De hecho, las compañías elaboran chips que son capaces de corregir buena parte de los errores. O al menos eso prometen. En diciembre de 2024, Google presentó a Willow: un chip que, con gran velocidad de cálculo y baja tasa de error, se presenta como una panacea. Tanto que podría realizar en menos de cinco minutos una tarea que le llevaría 10 mil trillones de años a la mejor computadora que existe hasta el momento. Suena a espectacular y lo es, aunque todavía hay mucho por chequear.

Mientras que la computación clásica utiliza bits para representar información y realizar cálculos, la cuántica reúne elementos de la ciencia de la computación, la física y la matemática, y emplea sistemas denominados qubits, que pueden estar en una superposición de estados y entrelazados entre sí.

Lo que pasó y lo que viene

El lunes fueron reconocidos Mary Brunkow, Fred Ramsdell (ambos estadounidenses) y Shimon Sakaguchi (japonés). Sus aportes fueron relevantes al revelar el rol de las “células T reguladoras”, es decir, las responsables de evitar que el sistema inmune ataque a los propios pacientes. Algo así como “los guardias de seguridad de las defensas del cuerpo”, cuyos avances podrían ser fundamentales en el diseño de tratamientos innovadores para cáncer y enfermedades autoinmunes.

Tras la difusión de los ganadores en Física, el miércoles llegará el turno del Nobel de Química y de este modo se terminará la tanda de las distinciones en el ámbito científico. Luego, los días siguientes se comunicarán los Nobel de Literatura, Paz y Economía.