Selección Española de la Ciencia 2014: Ignacio Cirac

Ha desarrollado un sistema de computación que permitirá diseñar algoritmos mucho más rápidos en el futuro. De acuerdo con sus teorías, el computador cuántico revolucionará la sociedad de la información al permitir hacer cálculos que de otra forma serían imposibles. Director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, Ignacio Cirac es también Premio Príncipe de Asturias en Investigación Científica.

¿Se ha acostumbrado ya a la cara de asombro de sus interlocutores cuando les habla de Física Cuántica?
Sí, sí y además me parece muy bueno que la gente se asombre de cosas relacionadas con la ciencia, que tenga el apetito de saber y conocer, de intentar entender lo que está pasando.

¿Qué es un ordenador cuántico?
Es aquel que utiliza las propiedades del mundo microscópico, descritas por la Física Cuántica, para hacer cálculos imposibles en el mundo macroscópico, o sea en el que nos movemos. Para que un ordenador cuántico trabaje es necesario aislar completamente las partículas. Y eso es muy difícil. Es uno de los mayores obstáculos a los que nos enfrentamos.

¿Qué aspecto tiene?
En realidad, es muy pequeño, lo que pasa es que todo el equipo que necesita para poder aislarlo y manipularlo de una manera adecuada requiere muchos láseres, cámaras de vacío, una gran cantidad de electrónica y de equipamiento. Al final llenamos un laboratorio de 50 m2.

En los ordenadores convencionales el silicio juega un papel determinante. ¿Qué lo sustituirá en los computadores cuánticos?
Todavía no lo sabemos. De momento, estamos construyendo los primeros prototipos de ordenadores utilizando distintas tecnologías. Las hay basadas en superconductores, otra en iones o en átomos que están atrapados en el espacio, también en puntos cuánticos… En estos momentos estamos todavía viendo que todo ello funcionan en los prototipos. Y luego intentaremos trasladarlo a escalas superiores, pero eso es algo que va a tardar mucho tiempo. A lo largo de ese recorrido veremos algunas tecnologías que triunfan, otras que no son lo suficientemente buenas… A lo mejor, descubrimos otras que funcionan mejor.

Algunos físicos hablan de la creación de materiales impensables hasta ahora. ¿Serán la solución al desarrollo de los ordenadores cuánticos?
No directamente, pero sí puede que lo sean de forma indirecta. Un ordenador cuántico necesita varios dispositivos. Algunos de ellos se beneficiarán de la nanotecnología porque uno de los objetivos es conseguir un material sin impurezas. Un láser o un elemento superconductor, por ejemplo, nunca son perfectos porque los materiales de los que están hechos no lo son. Y cuando alguien dice “tengo silicio”, no todo es silicio. Hay otros elementos que han aparecido ahí de manera aleatoria. Poder eliminarlos, lograr la perfección, que el producto buscado tenga sólo una capa de átomos, o dos o tres, es imprescindible para los ordenadores cuánticos y uno de los mayores obstáculos a los que nos enfrentamos.

¿Qué operaciones puede llevar a cabo un ordenador cuántico?
Resolverá problemas imposibles para la computación clásica. Uno de ellos, el más cercano a todos nosotros, es interpretar mensajes cifrados. Si yo tuviese ahora un ordenador cuántico encima de mi mesa, podría desencriptar los mensajes que se están enviando los bancos y los gobiernos. Esa es una de las aplicaciones más espectaculares. Además, si entendemos y describimos cómo funcionan los materiales a partir de los átomos y los electrones que los componen, podremos diseñar otros nuevos hoy en día impensables. Es lo mismo que ocurre también con la nanotecnología. La ciencia ha sido capaz de construir materiales con propiedades específicas para la fabricación de camisetas, raquetas de tenis o naves espaciales.

En Occidente, prácticamente en todos los hogares hay un ordenador personal. ¿Serán sustituidos por computadores cuánticos en el futuro?
Los ordenadores que tenemos hoy en día cubren casi todas nuestras necesidades. Yo creo que no tiene mucho sentido tener un ordenador cuántico en casa para escribir correos electrónicos. Los equipos actuales ya cubren esas necesidades. Para lo que sí se utilizarán es para realizar enormes cálculos relacionados con el diseño de materiales, reacciones químicas, sistema biológicos… Y es ahí, en esos campos, donde veremos las mayores aplicaciones.

Usted sostiene que las propiedades de un objeto pueden transferirse a otro sin pasar por ningún sitio. ¿Cómo se explica esto?
Es una de las propiedades de la Física Cuántica. De la misma forma que sabemos que la velocidad de un objeto y su posición no pueden estar simultáneamente definidas, también conocemos que las propiedades de un objeto pueden transmitirse a otro sin que la información pase por en medio. Eso está relacionado con algo que en Física Cuántica se llama superposición. Es decir, una misma partícula puede estar haciendo dos cosas a la vez. Jugando con estas superposiciones es cuando aparecen las paradojas y los comportamientos estancos.

Cuesta entenderlo.
Uno de los problemas a los que nos enfrentamos es intentar transmitir a la gente lo que ocurre en el mundo microscópico porque no es frecuente que nadie lo vea. No podemos hacer analogías con algo conocido en el entorno macroscópico. Si yo fuese un biólogo podría explicar el crecimiento de una célula, su movimiento, comparándolo con algo como un huevo frito y todos me entenderían. Sin embargo, en nuestro día a día no vemos pasar a una persona por dos sitios a la vez. Lo lógico es pensar que eso es imposible. La explicación está en que lo que ocurre en ese mundo microscópico no es extrapolable al macroscópico. Ocurre de una manera distinta y eso es muy difícil de entender para quien no haya estudiado Física Cuántica.

Usted asegura que conocer la velocidad y la posición de una partícula subatómica son objetivos incompatibles. ¿Habrá algún día en que podamos definir las dos variables simultáneamente?
Este objetivo no se alcanzará jamás porque lo prohíben las leyes de la naturaleza. Para los objetos cotidianos, la física cuántica es muy precisa y no nos permite ni nos permitirá algo así.

¿Por qué varían las reglas en función del entorno en el que se desarrollen?
Bueno, en realidad las reglas se mantienen, lo que pasa es que quedan enmascaradas por el hecho de que existen contactos con otras partículas. Cuando hablamos de los comportamientos extraordinarios de la Física Cuántica, de las superposiciones, del hecho de que una partícula se comporte como si hiciera dos cosas a la vez… Eso ocurre porque está completamente aislada. No interacciona con nada. Cuando tiene el tamaño del átomo, de dos o tres átomos como mucho, aparecen estos comportamientos extraños. Y es casi imposible reproducirlos en objetos más grandes porque el aislamiento total es muy difícil. Un objeto macroscópico como nosotros, por ejemplo, tiene millones y millones, –concretamente 10²⁵– de átomos. Si intentáramos que ninguna molécula chocara con nosotros, tendríamos que prescindir del oxígeno y entonces nos moriríamos. Son las mismas leyes, pero enmascaradas.

¿Qué meta se ha marcado?
Que todos entendamos la física del mundo microscópico, de los materiales, de los átomos, de las moléculas, de la misma forma que entendemos la física del mundo macroscópico. En el terreno más práctico, me gustaría construir un sistema de computación basado en la Física Cuántica. Pero ello requiere trabajo y que hablen unos científicos con otros: un descubrimiento debe poder ser utilizado por otra persona en cualquier parte del mundo. No es sólo cuestión de dinero, sino de actuar conjuntamente e intercambiar información.

Es difícil transmitir pasión por estos conceptos.
Sería bueno que todo el mundo se entusiasmara con la física cuántica. Que supiera que dentro de 50 o 60 años las aplicaciones, unas que hoy en día no nos podemos ni imaginar, estarán basadas en las investigaciones que se están haciendo actualmente. Entiendo que haya gente a la que eso no le interese nada y le apasione más el futbol, pero es bueno recordar que el trabajo que estamos haciendo está financiado por la sociedad. Y dado que lo hace, me gustaría que estuvieran convencida de que esto es importante porque así, a lo mejor, algunas personas se interesarían en lo que hacemos. Con eso estaría satisfecho.

¿Qué haría usted si tuviera el presupuesto de La Roja?
No destinaría el dinero a una sola línea de investigación, sino a los científicos españoles para que pudieran hacer las investigaciones al nivel que les corresponde, con equipamientos comparables a los de otros países que no son España.

Marta García Fernández