La Revolución Cuántica Tecnológica

Introducción A La Computación E Información Cuántica (parte I).

A lo largo del último siglo la humanidad ha intentado desentrañar y comprender las leyes físicas que rigen el mundo a la escala microscópica. Hoy en día nos encontramos en un momento histórico en el cual ciertos aspectos y fenómenos de la Mecánica Cuántica pueden ser utilizados como recursos en novedosas tecnologías con aplicaciones de amplio alcance y con el potencial de revolucionar diversos campos del conocimiento. Este es el primer artículo de la serie “La Revolución Cuántica Tecnológica”. En esta serie se realizará un recorrido por las nuevas tecnologías basadas en las leyes de la Mecánica Cuántica, sus aplicaciones y sus implicaciones en nuestra vida cotidiana.

Reseña Histórica de la Computación y la Información Cuántica

La evolución de la computadora moderna ha implicado una serie de cambios de un tipo de realización física a otra: de engranajes a relés, a transistores, a circuitos integrados... Hace apenas 75 años, el primer ordenador electrónico digital totalmente programable era una enorme máquina del tamaño de una habitación que pesaba alrededor de una tonelada, utilizaba cientos de tubos de vacío, y cuya entrada era a través de cintas perforadas. Gracias a múltiples avances científicos y tecnológicos, las computadoras han evolucionado para ser más rápidas, más pequeñas y más potentes. Hoy en día podemos encontrar ordenadores en casi cualquier lugar en el que los busquemos, y la creciente demanda de poder de procesamiento que nuestras sociedades exigen es un desafío que no debe tomarse a la ligera.

En 1965, Gordon E. Moore, cofundador de Intel, postuló una observación que llegó a conocerse como la “Ley de Moore”. Según esta ley empírica, el poder de procesamiento de las computadoras debería de duplicarse cada dos años, y esta predicción ha demostrado ser cierta durante varias décadas. Sin embargo, como la mayoría de las cosas buenas, este crecimiento exponencial está llegando a su fin y alcanzando sus límites. A medida que el tamaño de los procesadores de los ordenadores se ha reducido a la escala microscópica, los electrones en los circuitos eléctricos comienzan a revelar su naturaleza cuántica, y las reglas de la Física Clásica ya no son válidas. Por lo tanto, para resolver este problema se plantea la siguiente cuestión: podemos tratar de desarrollar nuevos chips que nos permitan eludir la naturaleza cuántica del electrón o usar los principios de la Mecánica Cuántica para desarrollar nuevas computadoras y nuevas formas de procesamiento de información.

La Mecánica Cuántica es una revolucionaria teoría desarrollada a principios del siglo XX que permitió a la comunidad científica introducir nuevas formas para describir sistemas físicos. En particular, descubrieron el hecho de que, en general, el estado de un sistema cuántico no puede describirse a partir de los estados de sus constituyentes debido a la existencia de correlaciones cuánticas entre ellos. En 1935, los físicos Einstein, Podolski y Rosen fueron los primeros en destacar los estados cuánticos correlacionados, y fue el físico austríaco Erwin Schrödinger quien acuñó el término "Entrelazamiento" para nombrar esas correlaciones cuánticas.

¿Qué es el Entrelazamiento?'

Supongamos que tenemos dos pequeñas partículas, y que éstas pueden estar en dos posibles estados. Llamemos a esos estados “arriba” y “abajo” (como perfectamente podríamos llamarles “cara” y “seca” en caso de que las partículas fueran monedas).

Si las partículas son clásicas, entonces éstas solamente pueden estar en uno de los dos estados a la vez. Por ejemplo, cuando tiramos una moneda esta sólo puede caer en “cara” o “seca”. Incluso, si tiramos la moneda y no vemos el resultado, sabemos que está en uno de esos dos estados. Sin embargo, para partículas cuánticas las leyes de la Mecánica Cuántica nos dicen que pueden pasar dos cosas. La primera es que cuando veamos la partícula ésta estará en uno de los dos posibles estados, en “arriba” o en “abajo”. Pero cuando no la vemos, la partícula puede estar en una combinación de los dos, el estado será una superposición de “arriba” con “abajo”. En el mundo de la mecánica cuántica el simple hecho de observar las partículas cambia su estado, lo “colapsa” en una de las posibilidades. El segundo fenómeno posible es que cuando dos o más partículas interactúan estas pueden quedar en un estado “entrelazado”, es decir, en el que forman juntas una superposición. Por lo tanto, sus propiedades físicas están conectadas. De esto modo las partículas pueden prepararse de tal forma que si observamos una de ella y ésta está en el estado “arriba”, sabemos inmediatamente que la otra estará en el estado “abajo”, aún si no la observamos nunca (y viceversa). Como rápidamente descubrieron los físicos, el entrelazamiento da lugar a fenómenos muy extraños e interesantes. Imaginemos que tenemos dos partículas entrelazadas, y que las separamos tanto como queramos. Por ejemplo, podría quedarnos con una aquí en la tierra y enviamos la otra a la galaxia de Andrómeda. La Mecánica Cuántica nos dice que las partículas siempre permanecerán entrelazadas irrelevantemente de cuánto las separemos. Además, la teoría nos dice que si observamos una de ellas, y por lo tanto cambiamos su estado, también cambiará el estado de la otra.

Debido al Entrelazamiento entre las partículas, lo que le suceda a una afecta instantáneamente a la otra sin importar que tan lejos estén entre ellas.