La capacidad de percepción de los seres humanos, aunque limitada por nuestro propio cerebro, nos vincula con eso que llamamos realidad de forma asombrosa: podemos percibir la frecuencia a la que es emitida la luz a través de las ondas electromagnéticas que rebotan en los objetos y que nuestros ojos son capaces de percibir e interpretar a partir de pulsos eléctricos que llegan desde nuestra retina. También, tenemos la capacidad de sentir los objetos otorgándoles un valor: básicamente si están calientes o fríos.
Pero ¿qué es en realidad aquello que llamamos frío y calor? ¿Cómo es que los objetos pueden estar fríos o calientes? ¿Cómo es que nuestro cerebro es capaz de discernirlo? La respuesta a la última pregunta podría ser que es a través del natural proceso evolutivo que ha durado millones de años. Sobre las dos primeras preguntas puedo decir que existe una explicación científica al respecto. Y es que resulta que la temperatura no es más que átomos en movimiento. Así, a mayor temperatura, los átomos se mueven más rápido y chocan entre sí a mayor velocidad, por lo que este choque y este movimiento producirán calor. A menor temperatura, por el contrario, los átomos tendrán menor movimiento, irán más lento y, por consiguiente, chocarán con menos frecuencia entre sí, dando lugar a que percibíamos la sensación de frío.
Ahora bien: ¿existe en el Universo una temperatura mínima posible? ¿Una temperatura absoluta? ¿Podemos llegar a ella y qué sucede? Pues existe y la temperatura mínima en el Universo es de -273 grados bajo cero y nada por debajo de ésta, hasta donde sabemos, puede rebasarla.
En los años veinte del siglo pasado, Albert Einstein, junto con el físico indio Nath Bose, publicaron un artículo sumamente interesante sobre si dos fotones (el fotón es la partícula que transporta la luz) podrían ser idénticos o diferentes. Esto le llevó a Einstein a preguntarse si lo mismo podría aplicarse a los átomos que se encuentran en un gas. Y, dado que la teoría cuántica ya se había planteado en 1900 por Max Planck, Einstein dedujo entonces que los átomos que se encontrasen a temperaturas muy bajas, cercana a los -273 grados, tendrían el mismo estado cuántico que sería el de menos energía posible. A esto se le llama hoy en día Condensado Bose-Einstein y, en 1995, científicos de la Universidad de Colorado lograron recrearlo en el laboratorio exitosamente y pudieron comprobar que los átomos a esta temperatura colapsaban y se convertían en una entidad única. Digamos que los átomos, en este estado, perdían su identidad y se convertían en una única cosa. El descubrimiento de los estados Bose-Einstein abrieron un nuevo campo en la ciencia en el cual los físicos pudieron probar la existencia de comportamientos cuánticos.
La mecánica cuántica está basada en el hecho de que las partículas subatómicas pueden comportarse como partículas y, al mismo tiempo, como ondas (dualidad onda-partícula), por lo que esto no es solamente un fenómeno que se reduce al comportamiento de la luz. Otro de los principios en el que se basa la cuántica es que las partículas pueden ocupar dos o más lugares al mismo tiempo y pueden estar conectadas entre sí, aunque estén separadas por grandes distancias: a esto último se le llama entrelazamiento cuántico y aún falta mucha investigación para aplicarlo a situaciones cotidianas.
Por cierto: decía el gran físico Richard Feynman que, quien entiende realmente la física cuántica, es porque en verdad no está entendiendo nada sobre ella. Esto lo afirmaba porque el funcionamiento de la física cuántica o mecánica cuántica es contra-intuitivo al no regirse por los principios lógicos en los que se basa la física clásica, esa que Newton utilizó para sentar las bases de la Teoría de la Gravitación Universal o Kepler para determinar el movimiento de los planetas y en el que se siguen ciertos principios y patrones que llevan siempre al mismo resultado. En la cuántica, por el contrario, no siempre se llega a los mismos resultados y es difícil obtener patrones. Y es que es gracias a los patrones como podemos establecer principios y leyes y darle sentido a todo lo que nos rodea.
Sin embargo, la física cuántica ha comenzado ya a tener aplicaciones en el mundo que nos rodea, concretamente en lo que concierne a la computación cuántica, la cual, en lugar de estar basada en bits de información, en 0´s y 1´s (que es el código binario), y en la que está basada toda la computación actual, utiliza qubits para hacer cálculos. En este tipo de computación, la información puede estar en dos estados posibles al mismo tiempo y ocupar el mismo espacio, como sucede con las partículas que se encuentran en un Condensado Bose-Einstein. De hecho, para que una computadora cuántica funcione correctamente, los átomos y partículas que la integran deben de estar a temperaturas cercana a los -273 grados bajo cero (también llamado cero absoluto). Las ventajas de la computación basada en qubits, en lugar de bits, es que se puede almacenar más información en menos espacio y el procesamiento de ésta es mucho más veloz, por lo que tener una computadora cuántica en un laboratorio puede resultar fascinante si se pretenden hacer simulaciones de choques de galaxias, hacer predicciones climáticas, trabajar modelos matemáticos complejos como los que surgen con el Big Data, entre otras muchas aplicaciones. Se cree que, en un futuro próximo, la computación cuántica no llegará a los hogares u oficinas debido a que su presencia es innecesaria. Pero sí que ha comenzado a ocupar las estanterías de los centros de investigación en el mundo.
La física clásica fue el parteaguas para entender el comportamiento de las partículas desde la perspectiva de frases como a “toda acciones corresponde una reacción igual o de sentido contrario” o “todo puede ser medido y cuantificado a partir de conocer las condiciones iniciales de un sistema” pero, a partir de que Einstein planteara su Teoría General de la Relatividad y, más aún, cuando la teoría cuántica fue planteada, estas frases dejaron de tener sentido más allá del mundo ordinario ya que una de las características del mundo subatómico es la falta de certeza y la presencia de incertidumbre a la hora de medir el estado de un sistema.
De hecho, uno de los principios en los que se basa la mecánica cuántica es que no se puede medir al mismo tiempo la velocidad y la posición de una partícula ya que, si conocemos la velocidad nos será difícil medir cuál es la posición exacta en la que se encuentra y viceversa: si conocemos su posición, tendremos problemas para determinar su velocidad. Estos principios no son un invento: de hecho, así se rige la realidad y no hay forma de violarlos.
Hemos pasado, pues, de una comprensión del mundo determinista, a una interpretación caótica y llena de incertidumbre, donde la realidad se rige por principios que muchas veces van más allá de nuestro entendimiento. Pero es justamente este mundo de incertidumbre de donde surge la riqueza de todo lo que nos rodea, incluyendo la computación cuántica y, probablemente también, la de un planteamiento más profundo de la física fundamental. Hoy, por ejemplo, los científicos tratan -sin mucho éxito todavía- de crear una teoría donde quepa y se puedan fusionar la gravedad (la física relativista de Einstein) y la mecánica cuántica a la que él siempre rechazó; llegó a decir que Dios no juega a los dados con el Universo. En esta búsqueda imparable por conocer la verdad (que es al fin y al cabo el propósito de la ciencia) nos encontraremos con muchas barreras infranqueables, pero también con puertas que se nos abran y que nos permiten ir aplicando los conocimientos adquiridos aunque, tal vez, nunca lleguemos a dar con una Teoría Final y Única que nos permite responder a interrogantes tales sobre cómo nació el Universo y por qué tiene la estructura que tiene ni por qué estamos aquí los seres humanos planteándonos esta y otras preguntas que, muchas veces, pertenecen más bien al campo de la filosofía.
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