El francés Serge Haroche y el norteamericano David Wineland ganaron el Premio Nobel 2012 en física, por sus investigaciones sobre las partículas cuánticas, luz y materia. Los científicos comparten el premio por realizar experimentos muy ingeniosos para controlar las siempre elusivas partículas cuánticas, un logro que muchos físicos decían que era imposible de realizar.
Este trabajo ya puede dar resultados prácticos, como la creación de relojes 100 veces más precisos que los relojes de Cesio. Mas importante aún es el hecho de que su trabajo puede hacer posible la computadora cuántica, una máquina superrápida, que en caso de ser posible construir, dejaría a las más rápidas computadoras actuales como lentísimas.
“Por sus métodos ingeniosos de laboratorio, Haroche y Wineland junto con sus equipos de trabajo, que han logrado medir y controlar estados cuánticos muy frágiles, los cuales se pensaba previamente inaccesibles para la observación directa”, dice la Academia de Ciencias sueca, “se les otorga el premio Nobel de física”.
El Dr. Haroche nació en 1944, y es profesor del Collège de France and École Normale Supérieure en Paris. El Dr. Wineland, también nacido en 1944, es un físico del U.S. Department of Commerce’s National Institute of Standards and Technology y de la Universidad de Colorado, en Boulder.
Para entender la relevancia de estas investigaciones, hay que comprender que las partículas cuánticas son microscópicas y misteriosas. Por ejemplo, se podrían poner dos partículas separadas un millón de kilómetros, sin ningún contacto entre ellas y sin embargo, de alguna manera pueden “ver” y afectar una las propiedades de la otr y viceversa. Tales partículas pueden existir en muchos estados simultáneamente -conocidos como superposición- lo que en algunos casos supondría estar en dos lugares al mismo tiempo, incluso. Este problema fue de hecho un experimento mental propuesto por Einstein.
Tener partículas cuánticas aisladas no es algo fácil de realizar; tan pronto como interactúan con el mundo real, abandonan sus extrañas propiedades. Por ello siempre se pensó que examinar y controlar estas partículas estaba más allá de una posibilidad real. Sin embargo, Haroche y Wineland fueron capaces de resolver este problema de forma independiente, aunque las soluciones se enfocaron de manera distinta.
El Dr. Haroche controla fotones -partículas cuánticas de luz- con espejos. En su laboratorio en París, los fotones rebotan de un lado a otro de dos espejos superenfriados, superconductores, por una décima de segundo, una vida en términos cuánticos. Entonces lanza un átomo a su trampa. La interacción entre el átomo y el fotón revela la presencia del fotón. Con la ayuda de más técnicas experimentales, muchos protones elusivos pueden ser medidos y contados sin destruirlos.
Por su parte, el Dr. Wineland, en su laboratorio en Colorado, atrapa iones -átomos cargados eléctricamente- envolviéndolos con campos eléctricos. El experimento se hace a temperaturas extremadamente bajas y en un ambiente de vacío. Con la ayuda del laser, el ion se promueve a un estado de superposición, dos estados al mismo tiempo, y el comportamiento cuántico puede ser estudiado. El Dr. Wineland y su grupo han usado este experimento para construir un reloj que es 100 veces más preciso que los relojes de Cesio, que son los que se usan para medir el tiempo. La trampa de iones se puede usar también como la base para una computadora cuántica.
Las computadoras, como sabemos, codifican la información como ceros y unos. Una máquina cuántica podría explotar las propiedades cuánticas -tales como los estados de superposición- para representar datos y la base de las operaciones binarias aritméticas. Algunos cálculos elementales usando los fenómenos cuánticos ya se han realizado. El gran problema es que la información cuántica, base de cálculos a altísimas velocidades, pueden ser aisladas del mundo real, para no destruir sus propiedades cuánticas. Sin embargo, las computadoras requieren de comunicarse con el mundo exterior de alguna forma. Al hacer eso, las propiedades cuánticas desaparecerían. Esto es una gran paradoja: poder hacer todos los cálculos a altísimas velocidades y no poder mostrarlas a nadie. Ahora se busca cómo solucionar este dilema.
Referencias: