Cómo la física cuántica ha cambiado el mundo

El desarrollo de la mecánica cuántica que comenzó con el hallazgo del físico alemán Werner Heisenberg en la isla de Helgoland, ha permitido entender el funcionamiento de la materia a escalas microscópicas con un grado de precisión y detalle inaudito. Y, como ocurre siempre, con la comprensión vienen las aplicaciones. Seguro que mientras paseaba encaboriado por los acantilados de aquella isla remota, Heisenberg no pensaba en las aplicaciones de su búsqueda. Le empujaban la curiosidad pura de entender la naturaleza a su nivel más fundamental, el reto intelectual que esto suponía y, muy probablemente, la punzada al ego que representaba la posibilidad de resolver un rompecabezas que manejaba de cabeza al propio Einstein. Pero lo que Heisenberg descubrió en esa isla, y que mucha otra gente contribuyó a agrandar, cambió el mundo. Y lo hizo porque contenía la semilla de tres tipos de ideas: las científicas, que explican cómo funciona la naturaleza; las tecnológicas, que manipulan la materia para obtener un beneficio práctico; y las sociales, que redibujan la organización de la sociedad.

Primera Revolución Cuántica

"La posibilidad de entender los materiales y los sistemas de muchas partículas dio lugar a lo que se llama Primera Revolución Cuántica", explica Alba Cervera, investigadora en computación cuántica en el Barcelona Supercomputing Center. Esta revolución comenzó a mediados del siglo pasado con el estudio de los materiales semiconductores y permitió la fabricación de los llamados transistores, unos dispositivos que sirven para amplificar la corriente eléctrica y que constituyen la base de los circuitos electrónicos. Sin transistores, no tendríamos ordenadores ni teléfonos móviles.

La física cuántica también dio lugar a inventos como el láser, un haz de luz coherente de un solo color que, en función de su intensidad, se puede utilizar para leer información en dispositivos ópticos como los CD, para cortar madera o metales, o para practicar intervenciones quirúrgicas y curar, entre otros muchos, tumores benignos de próstata. Aún en el ámbito médico, la resonancia magnética nuclear permite diagnosticar varios tipos de cáncer. Y en el campo de la energía, las placas fotovoltaicas funcionan gracias a la comprensión del efecto fotoeléctrico que le valió el premio Nobel a Einstein en 1921.

Otra aplicación interesante son los relojes atómicos, que se basan en las oscilaciones del átomo de cesio. Esto les permite desviarse de la hora sólo un segundo cada millón de años, una precisión que parece exagerada, pero que es imprescindible para el buen funcionamiento de sistemas como el GPS: una desviación de tan sólo una deumilésima de segundo se traduciría en un error de tres kilómetros.

Segunda Revolución Cuántica

"Gracias a la capacidad de manipular los átomos individualmente, se han desarrollado nuevas aplicaciones como la criptografía cuántica y los ordenadores cuánticos", explica Cervera. Estas nuevas aplicaciones han dado lugar a lo que ya se llama Segunda Revolución Cuántica.

Los ordenadores cuánticos aprovechan algunas de las propiedades cuánticas de los átomos para procesar la información de una manera diferente a cómo lo hacen los ordenadores convencionales. Esto les permite realizar algunos cálculos a mucha mayor velocidad. "De momento son cálculos muy específicos y alejados de aplicaciones reales, pero han demostrado ya que pueden ser superiores", afirma Cervera. De hecho, ya en 2019 un ordenador cuántico de Google hizo un cálculo en 200 segundos que a un superordenador clásico le habría requerido diez mil años.

Una de las potencialidades más abrumadoras de estos aparatos es que, gracias a su capacidad de cálculo, podrán descifrar la información encriptada que circula por internet. Por ello, en paralelo, se están desarrollando sistemas de criptografía cuántica que, gracias a la utilización de fotones que fluyen por canales de fibra óptica, son capaces de detectar la alteración que provoca cualquier espía en el mensaje y detener la comunicación.

Todavía es pronto por decir en qué medida estos sistemas cambiarán las comunicaciones y, tal vez, la organización social, pero lo que está claro es que tienen una influencia potencial enorme. Y Heisenberg, como cualquier otro investigador que se dedica a la ciencia básica, ni siquiera lo hubiera imaginado.