Los físicos han logrado enfriar átomos a temperaturas próximas a -273ºC y no detectadas todavía en ninguna parte del Universo. En esas condiciones aparecen propiedades y estados de la materia tan extraordinarios que sólo la física cuántica se atreve a explicar. Ésta es la línea de investigación del reconocido científico Ignacio Cirac, que esta semana ha repasado en Madrid y Ciudad Real los últimos avances de la física cuántica con dos acompañantes de lujo: el Premio Nobel George Smoot y el director científico del CERN, Sergio Bertolucci.
“La temperatura de esta sala puede rondar los 300 ºK (27ºC), la del interior de un congelador unos 250 ºK (-23ºC) y la del lugar más frío del Universo los 3ºK (-270ºC), pero ya hemos logrado enfriar los átomos a temperaturas de 0,0000000001 ºK”. Así lo ha explicado esta semana Ignacio Cirac, director de la División Teórica del Instituto Max Planck para la Óptica Cuántica (Alemania).
Cirac ha participado en la XXXII Bienal de la Real Sociedad Española de Física celebrada en Ciudad Real pero, junto a George Smoot, Premio Nobel de Física 2006, y Sergio Bertolucci, director científico del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), se han desplazado hasta la sede en Madrid de la Fundación BBVA para explicar a los medios en qué consiste su trabajo.
“Durante los últimos diez o quince años la física ha emprendido una expedición en busca del frío, de forma parecida a las que en el siglo pasado se realizaron para alcanzar los Polos, y donde mucha gente dejó su tiempo, su trabajo y su esfuerzo”, comenta el físico español. La nueva expedición científica empezó con la invención del láser, un instrumento con el que se ha logrado enfriar los átomos de una forma jamás conocida, hasta temperaturas próximas al 0 absoluto (-273,15 ºC).
“Estamos pasando la frontera del frío, creando artificialmente unas condiciones que no se producen en ningún otro lugar del Universo”, insiste Cirac, “por lo que podemos estudiar las propiedades de la materia en una situación en la que ya no valen las leyes de la física a las que estamos acostumbrados en la vida cotidiana”.
Para explicar los fenómenos que suceden a esas bajas temperaturas entra en juego la física cuántica, “una nueva teoría extraordinaria, muy rara, contra-intuitiva, que nos da un millón de posibilidades nuevas del estado de la materia (tan válidas como el sólido, líquido y gas), y que dan lugar a propiedades nuevas, que son las que intentamos descubrir para poder utilizar”.
A partir de este conocimiento, los investigadores han comenzado a desarrollar simuladores cuánticos, pequeños ordenadores basados en la física cuántica de unas pocas decenas de qubits (del inglés: quantum bit). A diferencia de los bits clásicos, que sólo pueden tomar valores de 0 ó 1, los qubits (la unidad básica de la física cuántica) pueden presentarse en muchos estados a la vez.
“El principal reto para pasar de los pequeños ordenadores a otros más grandes (de varios miles de qubits), y con los que se realicen cálculos más rápidos, es desarrollar la tecnología necesaria; su conclusión es imposible de prever, puede ser en 10 años o en 50”, señala Cirac en declaraciones a SINC. En el futuro un solo ordenador cuántico podría realizar cálculos complejos para los que hoy se necesitan varios ordenadores en paralelo.
Trampas para los iones
De momento Cirac y otros físicos que trabajan en este campo abordan el problema con “trampas de iones”, un principio basado en la “congelación” de los átomos por láser a temperaturas próximas al 0 absoluto, lo que facilita el estudio de sus propiedades y su manejo individual. Para que se realice una computación correcta los átomos que procesen la información cuántica deben encontrarse completamente aislados del exterior, y ni otros átomos, ni partículas, ni la luz ni nada puede interaccionar con ellos.
Como ejemplo de aplicación de la teoría cuántica Cirac habla de la superconductividad, un fenómeno por el que los cables de algunos materiales logran conducir la electricidad sin tener ningún gasto energético. En principio, para conseguirlo se requiere bajar la temperatura por debajo de 4 ºK, pero recientemente se ha descubierto que existen algunos materiales superconductores de “alta” temperatura, que pueden actuar a 70 u 80 ºK.
El físico recuerda que la superconductividad ya se utiliza en los potentes imanes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, y destaca que si se llega a comprender el funcionamiento de los superconductores de alta temperatura también se podrían usar en grandes máquinas como ésta, con el consiguiente ahorro de costes y tiempo de enfriamiento.
Durante los próximos años, Cirac, Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica 2006 y Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento 2008 en Ciencias Básicas, junto a otros científicos, continuarán trabajando para seguir desvelando los secretos y las aplicaciones de la física Cuántica.
Este científico liderara a partir de 2026 el mayor laboratorio de física de partículas del mundo. Mark Thomson tendrá el reto de impulsar proyectos de enorme envergadura, como la posible construcción de un nuevo acelerador de casi 100 kilómetros de longitud, que transformaría el panorama de la física.
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