El colombiano que busca relojes más precisos con mecánica cuántica

Este año la física cuántica fue la protagonista en el premio Nobel que reconoce los avances en esta ciencia. El galardón fue otorgado al francés Alain Aspect, al estadounidense John Cla y al austriaco Anton Zeilinger por sus descubrimientos en el campo de la mecánica cuántica, por su trabajo pionero con lo que se conoce como el “entrelazamiento cuántico”.

En Colombia, este año el Premio Alejandro Ángel Escobar en física –considerado el más alto galardón científico en el país– también se lo llevó un científico que trabaja en este campo. Edwin Eduardo Pedrozo, investigador científico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y en el Centro de Átomos Ultrafríos del MIT-Harvard, que busca mejorar los relojes atómicos ópticos (dispositivos ultraprecisos para medir el tiempo), también con el entrelazamiento cuántico.

En el 2011, Pedrozo coincidió con Alain Aspect en el Laboratorio de Física Atómica del Grupo de Óptica (IFSC) en la Universidad de São Paulo (Brasil). El encuentro hizo que el francés se convirtiera en una inspiración y referente para el físico colombiano, quien en entrevista con EL TIEMPO habló sobre su propio trabajo y lo que representa el premio Nobel 2022 como avance para la ciencia y la humanidad.

Mi trabajo consiste en mejorar los sensores cuánticos usando un concepto fundamental de la mecánica cuántica. Ese concepto, que es uno de los más intrigantes a lo largo de toda la historia no solo de la física, sino de toda la ciencia, se llama entrelazamiento cuántico; en inglés, quantum entanglement. Ha sido un concepto bastante extraño en la mecánica cuántica y ha sido debatido por muchos años por los grandes físicos, desde Einstein hasta Bohr.

En traer el entrelazamiento cuántico de manera práctica a los relojes atómicos ópticos. Son dispositivos que usan átomos para medir el paso del tiempo. Los átomos pueden ser usados para medir el tiempo porque cualquier sistema que nos permita cuantificar oscilaciones nos permite calcular frecuencia, directa o inversamente relacionada con el tiempo. Por ejemplo, los antiguos medían el tiempo según lo que se tardara la Tierra en girar alrededor del Sol o en llegar a la misma estación para cultivar. A eso lo llamaban un periodo y tenía una frecuencia, era algo que se repetía.

Son los dispositivos más precisos que existen jamás inventados por la raza humana, para medir frecuencia y tiempo.

Por eso le dieron el premio a Anton Zeilinger, él fue el primero que realizó experimentos de teletransporte cuántico entre dos objetos, en este caso fotones, que son la mínima partícula con la que se compone la luz, por ejemplo. A diferencia de la idea de teletransporte visto en la ciencia ficción, aquí se transfiere la información en vez de la materia en sí.

Voy a tomar un ejemplo de Alain Aspect: pensemos en dos gemelos, uno con ojos color negro y el otro con ojos azules. Solamente cuando yo los miro, les quito la venda, sé de qué color son. Ahora pensemos que están en diferentes ciudades, uno en Bogotá, el otro en Barranquilla, y están entrelazados cuánticamente. Cuando le quito la venda al de Bogotá encuentro que los ojos son azules, entonces el color de los ojos del gemelo en Barranquilla colapsa, como se le dice en física, y se transforman en azules. Esa tecnología de generar fotones entrelazados cuánticamente ya es bastante común.

No sabemos bien qué pasa, sabemos que funciona así, pero no creo que alguien sepa qué es lo que sucede realmente, por eso Einstein le decía acción fantasmagórica a la distancia, por lo misteriosa que es la mecánica cuántica.

Es una prueba de que la mecánica cuántica es verdad. Ellos están probando sus fundamentos básicos, abrieron nuevas áreas a todo lo que se conoce como información y computación cuántica. Quisiera añadir que a Einstein no le gustaba esto de la incertidumbre, él decía que debía haber algo que no conocíamos, que no estábamos teniendo en cuenta, a lo que se lo conoce como variables ocultas. Algo faltaba para determinar los resultados de manera precisa. Esto de que los gemelos cambian el color de sus ojos instantáneamente, para él no tenía sentido, al contrario de lo que predecía la mecánica cuántica. Incluso, uno de los resultados del experimento de los científicos demuestra, como dice Aspect, que “la teoría de la mecánica cuántica resiste todos los ataques”, demuestra que no está errada.

Probaron que no se necesitan ni existen esas variables. Para Einstein era simplemente que el gemelo ya tenía el ojo azul, estaba preparado, pero los físicos demuestran que no.

Los sistemas cuánticos tienen el arma más poderosa: la superposición cuántica. Eso genera que la cantidad de información que se pueda procesar sea gigantesca.

Se explica con un ejemplo: el científico Schrödinger hizo un experimento en el que puso a un gato en una caja oscura con un veneno que podía o no consumir. El 50 por ciento apuntaba a que estaba vivo y el otro 50 a que estaba muerto. Podía estar en dos estados a la vez. En mecánica cuántica hay exactitud: está muerto o está vivo.

Hay muchos problemas en la física, ingeniería y química, que no se pueden resolver con computadores clásicos (lo que usamos normalmente), pero con los cuánticos sí. Por ejemplo, ayudan a la elaboración de nuevas moléculas que se usan en alguna droga o medicina. Esto con computadores comunes es muy difícil, sin exagerar, hay cálculos que se podrían demorar mil años, pero en un computador cuántico podría ser en un día, una hora. Eso permite tener a una herramienta que nos ayuda a desarrollar nuevas tecnologías. Creemos que el entrelazamiento cuántico es algo distante cuando no lo es, todos los dispositivos están basados en la mecánica cuántica. Es cercana, la ciencia está con nosotros.

Gran parte de la tecnología, como los computadores, celulares, sistemas láser e imagen por resonancia magnética, funcionan con base en la mecánica cuántica, tu celular está hecho de millones de transistores y diodos, que se usan para crear un circuito integrado; el cual manda señales para el funcionamiento del dispositivo.

Estos sistemas hasta el momento son bastantes complejos, pero se pueden trasladar a Colombia. Hay mucho talento , solo tenemos que pensar en la infraestructura y capital humano. Necesitamos ayuda si queremos resultados con impacto y beneficios para la sociedad.

KAROL DAYANNA PASTRANA

ESCUELA DE PERIODISMO MULTIMEDIA ELTIEMPO

@soykarola_