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ENTREVISTA Profesor de Física Teórica del CSIC

Alberto Casas: “Teletransportamos átomos, pero estamos muy lejos de lograrlo con personas”

Alberto Casas, profesor de física teórica.

“En un principio, la computación cuántica se usará para la investigación en nuevos fármacos o en inteligencia artificial. Pero más adelante, quién sabe a dónde nos puede llevar. Tiene un potencial enorme de superar a la tradicional”. La pregunta retórica la formula Alberto Casas, doctor en física teórica y profesor del CSIC, uno de los más reputados científicos españoles en su campo.

La física cuántica, la ciencia desconocida convertida en arte

La física cuántica, la ciencia desconocida convertida en arte

Casas ha dirigido varios años el Instituto de Física Teórica del CSIC y ha investigado en el gran colisionador de hadrones del Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Ahora publica La Revolución Cuántica. Un recorrido por los mecanismos ocultos de la realidad (Ediciones B), un ensayo en el que intenta “presentar una perspectiva actual de la mecánica cuántica y de sus potenciales aplicaciones, siendo riguroso con el formalismo de la teoría pero intentando que sea comprensiva para todo el mundo”.

Una revolución que sirve para explicar la nueva generación de ordenadores cuánticos. También proyectos que parecen salidos de la ciencia ficción como el teletransporte (“el récord de teletransporte sobre la superficie terrestre fue realizado en las Islas Canarias, entre La Palma y Tenerife”, recuerda) o la teoría de los muchos mundos, que explica en esta entrevista con elDiario.es.

¿Cómo puede cambiar la sociedad la revolución cuántica?

Es difícil de predecir con exactitud porque actualmente las nuevas tecnologías cuánticas están todavía a un nivel de prototipo. Evidentemente tienen un potencial inmenso de superar la computación clásica. Hay campos, como la inteligencia artificial, que si la computación cuántica llega a madurar, se verían revolucionados por estas nuevas tecnologías. ¿Cómo cambiará el mundo si la inteligencia artificial da un paso cualitativo? Es difícil de saber, pero seguro que cambia en órdenes muy diversos y muy profundos.

Por otro lado, la computación cuántica puede servir para realizar cálculos que ahora mismo la computación clásica, la de los ordenadores o los superordenadores, no es capaz de llevar a cabo. Por ejemplo, calcular el plegado de proteínas, el espectro energético de determinadas moléculas complejas que son importantes, por ejemplo, en farmacología. Todo eso podría verse afectado, quizá en un periodo breve, gracias a la computación cuántica. 

¿La computación cuántica tendrá más impacto de puertas adentro que a nivel usuario?

Quizá en un principio sea así, efectivamente, pero luego no se sabe lo que puede suceder. Fíjese que los primeros ordenadores clásicos eran auténticos monstruos que consumían electricidad como una pequeña ciudad entera y que se utilizaban solo para hacer cálculos para aplicaciones militares, como la balística, incluso para la fabricación de la bomba atómica. Entonces nadie pensaba que iba a tener un ordenador en su casa, y ahora tenemos todos un ordenador en el bolsillo, que es el móvil.

Una vez que la computación cuántica despegue, no se sabe hasta dónde puede llegar. En un principio su primera utilidad será de puertas adentro, como usted dice. Es decir, para realizar cálculos para la investigación en nuevos fármacos, en proteínas o en inteligencia artificial. Pero más adelante, quién sabe a dónde nos puede llevar.

¿En qué se diferencian los ordenadores cuánticos de los tradicionales?

En la computación clásica los bits solo tienen dos estados, cero y uno. Lo que circula por un ordenador son listas gigantescas de ceros y unos. Sin embargo, en un ordenador cuántico lo que circulan son cúbits. Un cúbit es un bit cuántico: puede estar en un estado cero, puede estar en estado uno, y puede estar en una superposición de esos dos estados. Hay infinitas superposiciones dependiendo del peso que se le dé al cero y al uno. Por eso los ordenadores cuánticos tienen tanta potencia de cálculo.

En la computación clásica los bits solo tienen dos estados, cero y uno. Un bit cuántico puede estar en un estado cero, en estado uno o en una superposición de los dos

¿Qué le parece el proyecto del Gobierno para crear un ordenador cuántico?

Es un proyecto prometedor. En España hay investigación en computación cuántica y hay grupos importantes, pero esta iniciativa es para crear un ordenador cuántico que era algo que no teníamos. Se va a construir en Barcelona por un consorcio español financiado con fondos europeos. De momento este computador también va a ser un prototipo, y si lo comparamos con otros que hay en Estados Unidos o en China, pues todavía estamos muy por detrás. Esa es la realidad. Pero esto es una carrera en la que Europa no se puede quedar atrás y España tampoco. De momento será un ordenador cuántico modesto, con poca capacidad de cálculo, pero nos servirá para aprender a hacer ordenadores cuánticos. Una vez que aprendes, ya puedes crear algo mucho más complejo, mucho más interesante. Hay que ir paso a paso. Me parece una iniciativa muy positiva.

¿Le preocupa que la computación cuántica sea una tecnología dominada fundamentalmente por empresas privadas? Google e IBM son las que tienen los modelos más desarrollados.

Es una pregunta interesante. No creo que sea la primera vez que sucede esto, porque realmente los primeros ordenadores convencionales, aunque también hubo participación estatal, rápidamente tuvieron un protagonismo decisivo las compañías privadas como IBM. También ha ocurrido con tecnologías importantes como el teléfono, los aviones, los coches. 

Hay aspectos positivos y negativos. En este campo me parece algo positivo que las empresas privadas estén apostando por una tecnología en la que de momento no están sacando ningún rédito directo, más allá del prestigio. Supongo que quieren mantener esa apuesta porque si en el día de mañana los ordenadores cuánticos empiezan a ser operativos a nivel práctico, estarán en los puestos de cabeza.

Es cierto que la investigación en manos privadas también tiene peligros. Uno es que solamente ciertas personas puedan acceder a esa tecnología privilegiada y eso les dé un poder extra. La investigación en fármacos, por ejemplo, tiene el peligro de que una vez que se consiguen esos fármacos extraordinarios, solamente una minoría puede acceder a ellos porque son muy caros. Lo ideal tal vez es un punto medio, una colaboración público-privada.

En la parte estatal, se ha comentado que las grandes inversiones en computación cuántica de EEUU y China podrían tener objetivos militares. ¿Qué aplicación militar puede tener?

No se me ocurren aplicaciones militares directas. La computación cuántica es capaz de resolver problemas matemáticamente difíciles de una manera más eficiente, tiene ese potencial. Esa capacidad se puede aplicar a todo, también a cálculos militares.

¿No es la criptografía cuántica una de ellas?

La criptografía realmente no tiene que ver con computación cuántica de forma directa. Todo está relacionado, pero se trata de otra aplicación directa de la mecánica cuántica. Es un sistema para cifrar mensajes utilizando cúbits que tiene la capacidad de estar mucho más protegido que los sistemas convencionales. De hecho, parece que ofrece una seguridad total para que los mensajes no sean descifrados e incluso para que, si alguien intenta espiar la comunicación, el emisor y el receptor puedan detectar que están siendo atacados. 

La criptografía cuántica ofrece una seguridad total para que los mensajes no sean descifrados e incluso que si alguien lo intenta, tanto el emisor como el receptor lo detecten

La criptografía cuántica ya se usa en algunos eventos especialmente importantes. Hay empresas que ofrecen sistemas de criptografía cuántica, ya es una realidad, aunque todavía no es una realidad extendida. Desde luego se le puede augurar un porvenir importante, porque cada vez son más importantes los sistemas de cifrado seguros, tanto para la seguridad nacional como para multitud de operaciones.

Otra de las tecnologías que habilita la mecánica cuántica es el teletransporte. ¿Puede explicar cómo es posible?

El teletransporte es una tecnología genuinamente cuántica. Consiste en replicar el estado de un sistema en otro punto a gran distancia, mandando poca información. Por poner un ejemplo, cuando se manda un correo electrónico, se escribe en el ordenador y a través de una comunicación convencional llega al destinatario, que si quiere, lo puede imprimir en un papel. Eso es una especie de teletransporte por comunicación electromagnética, pero es necesario transmitir toda la información. Sin embargo, el teletransporte con tecnologías cuánticas es capaz de mandar toda la información utilizando muchos menos bits de los que realmente la información contiene. El resto de la información se transmite gracias a un fenómeno llamado entrelazamiento cuántico, que además se produce de una manera instantánea y sin ningún tipo de soporte material para realizar esa comunicación, es una especie de telepatía cuántica.

Conseguir teletransportar átomos es una proeza tecnológica de primer orden y eso se ha podido realizar

En la práctica, esto se ha conseguido hacer con partículas elementales, como un electrón, y también con sistemas más complejos, incluso de millones de átomos. Eso iría en la dirección de, algún día, poder teletransportar un sistema macroscópico, como por ejemplo un ser humano. Hay que decir que estamos muy lejos de esa posibilidad, eso tiene que quedar claro. Pero conseguir teletransportar átomos es una proeza tecnológica de primer orden y eso se ha podido realizar. De hecho, el récord de teletransporte sobre la superficie terrestre fue realizado en las Islas Canarias, entre la isla de La Palma y la isla de Tenerife, a una distancia de 143 kilómetros. Se teletransportaron fotones con éxito, y siempre de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica.

La física cuántica tiene otras teorías fascinantes como la de los “muchos mundos”. ¿Podría resumirla?

Uno de los aspectos más impresionantes de la mecánica cuántica es que permite que una partícula pueda estar en dos sitios a la vez. Esto está verificado experimentalmente, por increíble que parezca. Ahora bien, ¿por qué nunca vemos una partícula en dos estados a la vez, en dos posiciones simultáneamente? Porque cuando la observamos, esta se materializa en uno de esos dos mundos de forma aleatoria. Es el llamado “colapso del estado”. Este es un postulado muy extraño, porque parece que hace que los seres humanos tengan un papel especial dentro de la naturaleza. Son capaces, cuando observan las partículas, de hacer que pasen de estar en un estado de superposición a tener un estado bien definido en un punto o en otro punto.

La teoría de los muchos mundos, que fue propuesta por Hugh Everett, postula que ese colapso del estado no se produce nunca. Entonces, cuando un observador contempla un electrón en una superposición de estados (por ejemplo, en dos sitios a la vez), lo que sucede es que el propio observador entra en la superposición y su realidad se desdobla. Ahora habría dos realidades contradictorias (el observador percibiendo el electrón en una u otra posición) conviviendo en el mismo sitio, aunque entre ellas no se pueden comunicar. Si esta teoría es correcta, cada vez que observamos algo, nos estamos desdoblando y nuestros diversos yoes lo perciben en todas las posibilidades en las que podría estar. Todas las posibilidades de lo que puede suceder realmente suceden en mundos alternativos. Es como si fueran universos que estuvieran conviviendo en el mismo sitio, pero con realidades distintas cada uno. 

Si esta teoría es correcta, cada vez que observamos algo, nos estamos desdoblando. Todas las posibilidades de lo que puede suceder realmente suceden en mundos alternativos

Un ejemplo que suelo poner es cuando uno compra un billete de lotería. Sabemos por experiencia que lo normal es que a uno no le toque el gordo. Sin embargo, si la teoría de los muchos mundos es correcta, lo que sucede es que el mundo se va bifurcando porque continuamente están sucediendo fenómenos y por lo tanto observaciones. Se están creando muchos mundos desde el mismo momento en que compra el número de lotería, y algunos de nuestros yo alternativos sí que gana, sí que le toca el gordo de la lotería. 

Es una situación verdaderamente fascinante de imaginar. Podría estar sucediendo y de hecho, en cierto modo, al menos en mi opinión, parece la conclusión más natural de los postulados de la mecánica cuántica. Aunque hay que decir que muchos físicos creen que realmente no sucede eso, es decir, que realmente los estados colapsan y solamente hay una realidad. Esta cuestión no está resuelta y es un tema de investigación.

¿Se podría llegar a probar esta teoría con algún experimento?

Es una pregunta muy interesante y de hecho hay gente que intenta buscar test experimentales de la teoría de los muchos mundos. Estos estarían basados en que cuando se produce esa bifurcación de mundos, hay un tiempo mínimo en el cual esos dos mundos que se crean estarían en contacto y sí que habría comunicación entre ellos. Estamos hablando de millonésimas de millonésimas de millonésimas de segundo.

Esta teoría es extraordinariamente difícil de verificar, pero hacerlo sería una especie de revolución copernicana, como cuando se descubrió que no es el Sol el que gira alrededor de la Tierra sino al revés. Ahora descubriríamos que nuestro propio yo, con el que estamos tan encariñados, no es más que uno de los miles de millones de yoes que se están produciendo continuamente. Cambiaría nuestra forma de entender el mundo.

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