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TERCERMILENIO
# 580 CIENCIA APLICADA | CREATIVIDAD | EMPRESAS | HERALDO DE ARAGÓN Martes 21.Jun.2011
ARAGÓN>Isabel Usón: la computación al
servicio de la biología molecular. PÁG. 3
LOS GANADORES DEL MES DE MAYO
>Dos profesoras, un ingeniero y una gran
curiosidad por el mundo que les rodea. PÁG. 7
ÍNDICES DEL CURSO 2010-11>Ciencia,
tecnología e innovación tuvieron cabida entre
los temas tratados en Tercer Milenio. PÁG. 8
En películas como ‘Star Trek’ (también videojuego), cámaras de teleportación actúan sobre personas y objetos. Nada parecido es posible en la
realidad, pero la teleportación cuántica ha sido reproducida en laboratorio. CRYPTIC
TELEPORTACIÓN CUÁNTICA
>NO ES CIENCIA FICCIÓN
EL CAZA
MARIPOSAS
No se conoce ningún proceso físico que haga desaparecer la materia aquí y la
haga aparecer allá. Sin embargo, la teleportación de información cuántica es
una realidad objetiva, como prueban numerosos experimentos. PÁG. 4-5
El abismo de
Telma y Louise
D
ejarse cazar para sobrevivir, ¿tiene esa estrategia
algún sentido? Si eres un oso
polar y cada vez hay menos hielo bajo tus patas, si estás ya sobre un témpano menguante, a
merced del mar y el sol, tal vez
haya que dejarse capturar para
seguir vivo.
En los bancos de peces, los
que nadan en cabeza sufren ma-
Coordina: María Pilar Perla Mateo
Patrocinan
yor desgaste y se exponen más
a ser atrapados por los depredadores. Más atrás, se ahorra
hasta un 23% de energía. En posiciones rezagadas o centrales,
los peces están más seguros pero comen peor.
Los periodistas perseguimos
historias. Están los recolectores
y los cazadores de información.
Los riesgos son diferentes. Los
resultados, también. ¿Habrá que
dejarse cazar para evitar la extinción de una especie, la de cazadores de información, la de exploradores del mundo? Desde
un microscopio electrónico de
Visítanos en
tercermilenio.heraldo.es
barrido, «los nuevos y fascinantes paisajes que se despliegan ante nuestros ojos nos dan una sensación de inmensidad, de enormidad, que nos hace sentir como tripulantes a los mandos de
una nave espacial en misión de
reconocimiento sobre un planeta lejano, o como modernos navegantes, descubriendo nuevos
mundos. Y, aunque ya no nos
asomamos a las bordas de carabelas, galeones o bajeles, si te fijas, verás que nuestros gestos y
expresiones siguen siendo los
mismos: la excitación y la emoción nos embargan (...) y, al igual
que los antiguos marinos, aguzamos la vista asomándonos ahora a los monitores que nos muestran ignotos parajes sin nombre,
como el de la foto, un recóndito
lugar, un abismo de plástico, silicio y cristal de apenas un centímetro cuadrado». Por eso el
autor de estas palabras, Manuel
Gómez, tituló la foto que presentó a Fotciencia ‘Abismo de Telma y Louise’.
Llegados a ese vertiginoso
punto, tal vez haya que dejarse
cazar y, luego, escapar del zoo.
MARÍA PILAR PERLA MATEO
[email protected] twitter.com/milenioheraldo www.facebook.com/tercermilenio
Edita
Tercer Milenio es un suplemento de ciencia aplicada y
creatividad editado por HERALDO DE ARAGÓN para el mundo
de la investigación, la empresa aragonesa y la enseñanza
media y superior, a los que llega con la colaboración del
Departamento de Ciencia, Tecnología y Universidad del
Gobierno de Aragón e Ibercaja.
ENPORTADA
04 MILENIO
TM MARTES 21.JUN.2011 HERALDO DE ARAGÓN
TELEPORTACIÓN
CUÁNTICA
>LA TRANSMISIÓN
A DISTANCIA DEL ‘ALMA’,
NO DEL ‘CUERPO’
La teleportación cuántica es un medio de comunicación a distancia sin precedentes en la historia del conocimiento y
la tecnología. Existe gracias a los avances en nuestra comprensión de la física cuántica, la teoría física más exacta
que se conoce a día de hoy para describir el Universo. La teleportación cuántica permite el transporte de la
información cuántica contenida en un objeto, desapareciendo en su lugar de origen y reapareciendo tiempo después
en su destino. Metafóricamente, lo que se transporta es el ‘alma’ del objeto, no su ‘cuerpo’. Siguiendo esta analogía, el
‘cuerpo’ de un objeto está determinado por su estructura física –atómica y molecular– y el ‘alma’, por la información
codificada en ella. TEXTO ENRIQUE SOLANO
NADAQUEVERCONELCINEEn la ciencia ficción se usa el término teleportación, a secas, para referirse al
viaje de los objetos en su conjunto, en
‘cuerpo’ y ‘alma’. En películas célebres
como ‘Star Trek’, cámaras de teleportación hacen desaparecer a las personas de
sus naves espaciales, zapatos y sueños incluidos, y los hacen aparecer en planetas
lejanos, preservando sus recuerdos y peinados. Todo se transporta de un punto a
otro, la estructura física y la información
que, codificada adecuadamente, caracteriza la identidad de personas y objetos.
Este proceso suele durar unos instantes mágicos que la televisión y el cine
nos brindan con efectos especiales que
sostienen nuestro ensueño, el mismo
que nos impide cuestionar lo que queremos creer por el solo hecho de parecernos maravilloso e imposible. No es diferente la actitud de un científico frente a
sus descubrimientos, tampoco la que alimenta nuestro mundo sentimental, existencial o estético. Al estudiar escenas cinematográficas de teleportación, cabe la
pregunta sobre la ubicación y la existencia de esas personas en un instante intermedio: ¿qué pasa con ellas cuando se están yendo, cuando todavía no han llegado? Sin querer destruir la fantasía, fuente noble del placer y la creatividad, debemos mencionar que no se conoce ningún proceso físico que pueda hacer desaparecer la materia en un aquí y hacerla aparecer en un allá remoto. Es decir,
no se puede teleportar el ‘cuerpo’ (estructura atómica y molecular) y el ‘alma’
(información cuántica) de un objeto.
Los lectores podrían especular acerca
de la conversión entre masa y energía
inspirados por la teoría de la relatividad
especial de Einstein, E=m·c2, pero no se
conoce un proceso controlado y reversible que permita una hazaña de tal calibre. Por ahora, la teleportación del cine
no existe, no tiene sustento en ninguna
propiedad o teoría física, no corresponde en absoluto a una posibilidad tecnológica. La teleportación cuántica sí es una
realidad objetiva, que ha sido reproducida con precisión innumerables veces en
muchos laboratorios de todo el planeta.
La estructura física de un objeto cuántico puede ser material, como los átomos,
o inmaterial, como los fotones de luz. De
un modo u otro, la información cuántica
contenida en él está descrita por lo que
>
se denomina su estado cuántico. Son estos estados cuánticos los que se teleportan en los experimentos, representados
por objetos matemáticos llamados funciones de onda. Su mera capacidad simbólica o su existencia real ha generado arduos debates durante décadas entre mentes educadas de distintas áreas del saber.
Más allá de interpretaciones metafísicas, la teoría cuántica es probabilista, es
decir, no es determinista, predice probabilidades en lugar de valores definidos
como las leyes clásicas de la mecánica de
Newton y el electromagnetismo de
Maxwell. Al mismo tiempo, la física cuántica describe correctamente todo lo observado en los laboratorios y es, por tanto, la teoría física más exacta que hemos
producido para describir el diálogo entre
nuestro cerebro y el resto del Universo.
La información cuántica tiene como
unidad el bit cuántico ó qubit, del inglés
‘quantum bit’. Los qubits constituyen la
base de lo que un día serían los ordenadores cuánticos ultrarrápidos, a diferencia de los bits clásicos que pululan en los
ordenadores actuales. Un bit clásico puede adoptar el valor de cero o uno, un
qubit puede tener un estado cuántico asociado con la coexistencia simultánea de
cero y uno, haciendo uso de la llamada
superposición cuántica. Esta es una de las
diferencias esenciales entre la información clásica y la información cuántica.
UNA TEORÍA INEXPUGNABLE La física cuántica describe correctamente el mundo microscópico, el de los átomos, y posiblemente el Universo entero. Es difícil cuestionarla, ya que ni un solo experimento
científico la contradice. No es el caso de
las leyes de la mecánica de Newton, cuya validez es restringida. De hecho, son
incorrectas desde un punto de vista microscópico y fundamental, sin que eso
afecte a que sean aproximadamente válidas y útiles en el mundo macroscópico.
La física cuántica es una teoría de difícil
aceptación pero inexpugnable y correcta, por ahora, siempre que se acepte que
el objetivo de la física es la descripción
matemática y predictiva del Universo, no
la imposición de criterios que llamamos
equivocadamente intuitivos.
Reflexionemos, la ley de la inercia, la
ley de acción y reacción, el concepto de
momento angular que ayuda a describir
la estabilidad de una bicicleta en movimiento y muchos otros fenómenos clásicos no son intuitivos. Basta preguntar por
ellos en las calles de cualquier ciudad o
universidad del mundo, a gentes de todas las edades y niveles educativos. Es
verdad que el mundo cotidiano, el que
llamamos clásico, nos es más familiar y
cercano, pero se suele confundir la costumbre con la comprensión y la intuición. Tal vez se podría lograr que el mundo de la física cuántica acabara siendo
cotidiano, si un día decidiéramos enseñar a los niños a pensar creativamente
con los ‘poderes’ de la intuición científica y la ‘magia’ de la descripción rigurosa
de los fenómenos del Universo. Se ha insistido mucho en que la verdad científica y las artes se oponen, cuando en realidad son dos caras de la misma moneda:
la de la experiencia sensorial humana.
¿Nos hemos dado cuenta ya de que este universo, el único que conocemos,
nos pertenece a todos y es nuestra única casa, independientemente de lo que
somos, pensamos o creemos? Pues este
universo parece estar descrito correctamente por la física cuántica. Y en esta
teoría caben y son cotidianos los objetos descritos con estados cuánticos asociados a muchos lugares al mismo tiempo (la superposición cuántica), los canales cuánticos de comunicación (el entrelazamiento cuántico), la teleportación cuántica (comunicación a distancia usando canales cuánticos), la simulación cuántica (nuestro teatro cuántico) y el sueño del procesador ultrarrápido (ordenador cuántico), capaz de hacer ciertos cálculos a velocidades inimaginables para los procesadores actuales.
ENRIQUE SOLANO ES PROFESOR IKERBASQUE EN LA UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO
La teleportación del cine, en películas como ‘La mosca
DEL SUEÑO AL EXPERIM
REALIDADES DE LABORATORIO La teleportac
propuesta en el año 1993 en la revista m
física multidisciplinaria, ‘Physical Rev
un grupo de físicos cuánticos: C. H. Bennett
Crépeau, R. Josza, A. Peres y W. K. Wootters.
se han realizado muchos experimentos impo
demostrado que la teleportación cuántica es
correcta de la física cuántica, que el canal cuá
minado por el entrelazamiento cuántico, y q
ción cuántica es una realidad objetiva. Qued
mino largo hasta su implementación sistemá
tal modo que cambie el paradigma de las com
siglo XXI como lo hicieron las tecnologías cl
nicación. No está prohibido soñar con tele
cuánticas; de hecho, las comunicaciones m
bancos usando protocolos criptográficos cu
cerca de lo que nos imaginamos.
Los experimentos pioneros se hicieron telep
cuánticos de distintas propiedades de fotones
de Roma (Italia), Innsbruck (Austria) y Californ
dos). Su impacto científico y mediático fue tre
do discusiones y polémicas entre los público
>
MILENIO 05
TM MARTES 21.JUN.2011 HERALDO DE ARAGÓN
RESUMEN
PARA LECTORES
CON PRISA
Teleportar materia es ciencia ficción, en
cambio, los experimentos lo logran con la
información cuántica codificada en ella.
■
■ Queda un largo camino hasta que los
ordenadores o las comunicaciones
cuánticas sean una realidad tecnológica.
Los primeros experimentos lograron
teleportar estados cuánticos entre fotones,
luego entre átomos y fotones, después
entre átomos y átomos, y, más
recientemente, entre campos de luz
superpuestos cuánticamente. Un paso más
en el control de la teleportación cuántica.
■
SUPERPOSICIÓN CUÁNTICA Y MEDIDA
CUÁNTICA
Un átomo, como cualquier objeto cuántico, puede estar en un estado cúantico
asociado con dos o más posiciones a la
vez. Este tipo de estado se llama superposición cuántica y su función de onda,
es decir, su representación matemática,
así lo expresa. A pesar de eso, no es necesario afirmar que el átomo está en dos
lugares al mismo tiempo; es la medida la
que da realidad al estado cuántico. En
ese sentido, cuando se observa la posición del átomo, su estado cuántico se
modifica y el átomo aparece localizado
en una posición o en otra, nunca en ambas a la vez. Sorprendentemente, tampoco es necesario afirmar que el átomo estaba previamente en un único lugar,
pues esto conduce a contradicciones flagrantes. Es por esta razón que los estados superpuestos cuánticamente son
llamados estados no-clásicos. Esta localización del átomo, como consecuencia
de la medida, sucede con una probabilidad que se calcula a partir de su función
de onda con una exactitud que no conoce ninguna otra teoría.
ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO:
EL CANAL CUÁNTICO
El entrelazamiento cuántico forma la base de los canales cuánticos de comunicación y, por tanto, de la teleportación
cuántica. El entrelazamiento requiere la
presencia de dos o más objetos cuánticos en lugares diferentes, en este caso:
un coche aquí con Ainhoa y una muñeca
allá con Borja. Cuando Ainhoa observa el
color de su coche, puede encontrar que
es rojo o azul, lo mismo pasa con Borja al
observar su muñeca. Pero hay un detalle
importante, el estado cuántico descrito
en la figura requiere que las medidas de
Ainhoa y Borja estén correlacionadas:
siempre que Ainhoa observe que su coche es rojo, Borja verá a su muñeca de
color azul; y cuando Ainhoa vea que su
coche es azul, la muñeca de Borja será
roja. Las observaciones tienen que mantener esa concordancia, así lo predice la
física cuántica, así lo confirman todos
los experimentos.
a’, no existe; la teleportación cuántica sí es una realidad objetiva. 20TH CENTURY FOX
MENTO
ción cuántica fue
más prestigiosa de
view Letters’, por
t, G. Brassard, C.
Desde entonces
ortantes que han
s una predicción
ántico está deterque la comunicada todavía un caática y masiva, de
municaciones del
lásicas de comuefonía e internet
ás seguras entre
ánticos está más
portando estados
s, en laboratorios
nia (Estados Unimendo, generanos no especializa-
dos y expertos. Luego llegaron los experimentos de teleportación entre átomos y fotones, así como entre átomos y átomos.
Más recientemente, en Tokio (Japón), se ha logrado un paso
más en el control tecnológico de la teleportación cuántica. Según un artículo aparecido este año en la prestigiosa revista
‘Science’, se ha logrado teleportar esta vez estados cuánticos de
campos de luz que contienen estados no-clásicos (superpuestos cuánticamente). Este es sin duda un esfuerzo que vuelve a
confirmar que la física cuántica se va expandiendo sin encontrar barreras ni evidencias de que pudiera ser falsa, por ahora.
PROVOCACIÓN INTELECTUAL Uno de los autores del artículo teórico
que propuso la teleportación cuántica, el físico Asher Peres, falleció hace pocos años y la comunidad científica destacó su agudeza crítica, sus contribuciones científicas y sus cualidades humanas. Nadie sabe la respuesta a la pregunta sobre adónde va
la información clásica y cuántica de un ser humano cuando muere, razón suficiente para que las siguientes generaciones osen
atacar el problema con ahínco. Cuentan que, ante la pregunta
de un periodista de si, al teleportar cuánticamente a un ser humano, viajaría solo su cuerpo o también su alma, Asher Peres,
ateo confeso, respondió: «De hecho, solo el alma».
TELEPORTACIÓN CUÁNTICA
La teleportación cuántica precisa de un
canal cuántico. El estado cuántico que
se desea teleportar es destruido por el
remitente cuando este realiza una medida. Se envían entonces al destinatario
dos bits de información mediante un canal de comunicación clásico. La teleportación cuántica no sucede de forma ins-
tantánea, requiere de un tiempo que respeta los límites de la transmisión de información establecidos por la relatividad
especial. Para verificar que el protocolo
funciona, el destinatario (Borja) realiza
una medida del estado cuántico teleportado y el remitente (Ainhoa) confirma el
éxito de la operación.