“Estamos inmersos en una segunda revolución cuántica”, afirma Gonzalo Muga

El físico-cuántico destaca los avances y desafíos en computación, comunicaciones y sensórica

El 2 de julio, en el Palacio Miramar de San Sebastián, Gonzalo Muga primer director y fundador, del Centro Cuántico de la Universidad del País Vasco, inauguró los cursos de verano de la UPV/EHU con una ponencia sobre la física cuántica. En su intervención, Muga destacó la importancia de esta ciencia en nuestra vida cotidiana, desde los teléfonos móviles hasta los ordenadores, y explicó que estamos inmersos en una "segunda revolución cuántica". Muga también resaltó el compromiso del gobierno vasco y las diputaciones con el desarrollo de la tecnología cuántica, asegurando un futuro prometedor para esta disciplina.

 ¿Cómo recibiste la invitación para dar la lección inaugural, y has tenido alguna relación con los cursos?

La invitación la recibí directamente de la rectora, fue una llamada telefónica. Para mí es un gran honor, por supuesto, es un acto muy importante para la Universidad del País Vasco y entiendo que también para San Sebastián.  La recibí con alegría y sabiendo que era una responsabilidad importante, por lo que me puse inmediatamente a preparar la charla.

¿Cuál es la razón de que hoy en día sea tan relevante la física cuántica?

La física cuántica es relevante desde hace mucho tiempo, pero, quizá, la gente no es consciente de ello. Pero ya usamos, por ejemplo, teléfonos móviles, ordenadores, esta misma cámara con la que me estáis grabando, todos estos aparatos tienen chips, tienen transistores y no podrían existir, tal como los conocemos, sin la física cuántica. La física cuántica ya es importante, lo ha sido a lo largo de prácticamente todo el siglo XX y es fundamental en la tecnología que hoy en día es dominante.

Lo que pasa ahora es que estamos inmersos en una segunda revolución cuántica, se puede decir, en la que intentamos controlar otros aspectos cuánticos que no habíamos controlado hasta ahora. Con esas propiedades cuánticas que no controlábamos bien, estamos intentando realizar cosas como medir o calcular mejor. Por eso hay tanto revuelo, porque parece que estamos siendo capaces, poco a poco, paso a paso, de controlar aspectos del mundo cuántico que antes no podíamos controlar. 

La Universidad del País Vasco y el País Vasco están promoviendo proyectos cuánticos ambiciosos.  ¿Podrías hablar un poco acerca de estos proyectos? 

Por parte de la Universidad del País Vasco, tenemos un centro cuántico, el EHU Quantum Center, con 100 investigadores en los tres campus. Cubrimos todas las áreas de la física cuántica, desde lo más fundamental a lo más aplicado, y hay distintos proyectos, tanto en computación, como en comunicaciones y criptografía, como en sensórica.

Por ejemplo, en el María Goyri, un edificio que hay en Lejona, tenemos prevista una colaboración muy importante con la Diputación de Vizcaya para montar una serie de laboratorios y colaborar con distintas empresas en el mundo de la sensórica.  Luego, en Ingenieros, también hay proyectos muy ambiciosos en comunicaciones cuánticas, y, por supuesto, también tenemos grupos que colaboran con distintos investigadores y proyectos europeos en el ordenador cuántico.

El Gobierno Vasco, por otra parte, está impulsando también la física cuántica, con mucha decisión, con mucha energía, a través de BasQ, y también incorporando el ordenador de IBM al panorama vasco.  Yo creo que este es un momento muy interesante en el que tanto la universidad, como el Gobierno Vasco, como las diputaciones, están poniendo un esfuerzo considerable en impulsar el desarrollo en campos cuánticos.

¿Los ordenadores cuánticos prometen revolucionar la informática?  ¿En qué se diferencian los ordenadores tradicionales?

Sí, es una diferencia fundamental, desde luego que puede revolucionar la informática. Para empezar, la unidad básica ya es distinta. En los ordenadores convencionales, la unidad básica es el bit, un sistema que puede estar en dos niveles, el 0 y el 1.  En cambio, en el mundo cuántico, es el cúbit, que puede estar en superposiciones del 0 y el 1. Luego, las operaciones que haces con los cúbits también van a ser completamente distintas de las operaciones que haces con los bits.

Los algoritmos que vamos a utilizar, o que estamos ya utilizando en ordenadores cuánticos, son completamente distintos de los algoritmos que usas en el ordenador convencional, por lo que, desde luego, es una revolución absoluta. Cambia completamente el paradigma, la manera de pensar en cómo resolver el problema, y también la forma física de resolverlo.

 ¿Cuándo se van a resolver los problemas que impiden a los ordenadores cuánticos actuales ser útiles para aplicaciones relevantes?

En este momento, la verdad es que no te puedo responder y nadie puede hacerlo. Es una pregunta que, lógicamente, nos hacemos todos, pero hay todo tipo de respuestas y de opiniones, desde las muy optimistas a las muy pesimistas.

¿Y dónde me encuentro yo? Yo voy a decir que soy realista, creo que tenemos que esperar diez años.  La verdad es que hay unos problemas graves que resolver, muy difíciles, esos problemas no están resueltos, y en este momento no se tiene muy claro cómo se van a resolver.

Ni siquiera sabemos, por ejemplo, cuál es el sistema físico con el que vamos a construir el ordenador finalmente.  O sea, se está intentando hacer cosas con guiones, atrapados, se está intentando también trabajar con superconductores, pero todavía los problemas están ahí y todas las distintas arquitecturas que llamamos, es decir, los distintos sistemas físicos que se usan para elaborar un ordenador cuántico, pues tienen problemas. Es muy difícil, ya me gustaría responderte, pero en este momento no tenemos una idea clara.

Ahí, quizá, históricamente, tienes el ejemplo de la fusión nuclear. En la fusión nuclear nos llevan diciendo décadas que sí, que en diez años ya se va a resolver el problema, y no se resuelve.  ¿Nos va a pasar eso con el ordenador cuántico? La verdad es que no lo sabemos.

Lo que sí sabemos es que hay un interés y una inversión enormes, por parte no solamente de los investigadores, sino ya de las empresas y de los gobiernos.  Con todo ese empuje, es más fácil que se acaben, poco a poco, resolviendo los problemas.  Pero problemas los hay y son graves.

¿Cómo se explica el cambio de color en una tostadora así?

Es una pregunta muy interesante, la tostadora con la física cuántica, tiene una relación muy estrecha. En realidad, se puede decir que la física cuántica nace, precisamente, para entender qué pasa con ese cambio de color, de la resistencia de la tostadora, cuando va cambiando la temperatura.  Con las leyes clásicas que se conocían a principios del siglo XX, no podían explicar ese cambio de color, no había manera. 

Al final, el misterio lo resolvió Planck, proponiendo algo que, en aquel momento, era absurdo y revolucionario, nadie se lo tomaba muy en serio. La idea era suponer que la energía que emite esa tostadora, esa resistencia, no se emite de manera en cantidades arbitrarias, sino que se emite en unidades discretas. Imagínate que tienes como una escalerita, la energía tendría que estar, necesariamente, en uno de los peldaños de la escalera.

Con esa idea, que no se podía justificar de ninguna manera, él vio que explicaba por qué cambiaba de color la tostadora cuando se calentaba.  Ellos no hablaban de la tostadora, debo decir, técnicamente hay otra palabra por ahí que es el cuerpo negro, ellos hablaban del cuerpo negro.  Para los efectos de esta entrevista, podemos centrarnos en la tostadora, y el problema nos sirve. Ahí comienza todo, la física cuántica comienza para explicar esa transición de colores cuando calientas un objeto, una barra de hierro. 

¿Podría explicamos el experimento de la doble rendija?

En la charla he hablado de la doble rendija, porque es un experimento en el que se sintetiza toda la física cuántica, prácticamente todo lo que sabemos de física cuántica, quitando alguna cosa, está en ese experimento.

Es un experimento en el que lanzas partículas como átomos, por ejemplo, a una pared con dos rendijas. Vas detectando los impactos de esos átomos en una pared posterior, y poco a poco se van acumulando los impactos y ves que, al final, se forma un patrón de impactos que corresponde a lo que harían las ondas.

Eso es lo que nos dice que las partículas, aunque parezca que son partículas, porque detectas un impacto en la pared del detector, parece que son partículas, pero en realidad se comportan o vienen gobernadas por ondas, y esa es una de las características más importantes de la física cuántica. Esa dualidad, eso es lo que se entiende como dualidad onda-partícula.  Las partículas vienen gobernadas por ondas. Esa es una de las propiedades que podemos entender con el experimento de la doble rendija, pero hay otras, por ejemplo, el hecho de que los impactos sean aleatorios. 

No podemos predecir dónde va a impactar uno de los átomos. Hoy en día, creemos que esa aleatoriedad es fundamental, que la naturaleza es así, es aleatoria. Es algo que Einstein, por ejemplo, no podía aceptar, pero hoy en día, por lo que sabemos, la naturaleza efectivamente se comporta así y es aleatoria.

Hay otros fenómenos que podemos entender con la doble rendija, por ejemplo, el hecho de que se superpongan ondas, el hecho de que si estropeamos un poco las condiciones del experimento, por ejemplo, porque movemos un poco la pared o hay algún tipo de perturbación exterior, ese patrón de interferencia se estropea y ese problema, precisamente, es lo que llamamos de coherencia, y es un problema muy importante porque explica las dificultades que tenemos para que un ordenador cuántico, de los que queremos hacer, funcione bien.  Ahí está, como digo, casi todo. Están los conceptos fundamentales de la cuántica y también qué problemas tenemos que resolver para poder utilizar propiedades como la superposición cuántica. 

Tenemos una pregunta que tiene que ver con la divulgación del tema.  ¿Por qué a la sociedad le cuesta tanto entender la física cuántica?

A nosotros, a los expertos, a los profesionales, también nos cuesta entender la física cuántica. Hay una frase muy famosa de Feynman, que es uno de los fundadores, de los padres de la física cuántica, y él decía: “nadie entiende la física cuántica”. Eso ya lo decía Feynman y, después de Feynman, todos los demás lo seguimos diciendo, o sea, es difícil entender.

 Es una teoría que manejamos, que matemáticamente nos resulta familiar a los que nos dedicamos a esto, sabemos calcular cosas, sabemos predecir qué es lo que va a pasar en un experimento, en un fenómeno dado, pero entenderla, lo que se dice entenderla, pues ahí tendríamos también que discutir un poco qué entendemos por entender, porque, al final, el formalismo matemático está ahí, el formalismo que nos permite predecir cosas está ahí, pero lo que es muy difícil es tener una imagen de lo que está pasando. Por ejemplo, en el experimento de la doble rendija, claro, tú ves los impactos, pero ¿Qué pasa con ese átomo entre el momento en que lo liberas y el momento en el que impacta?

Pues no tenemos una imagen de ese proceso, y, en general, eso pasa con todos los procesos cuánticos, nos falta una imagen. Es difícil para el público en general y es difícil para nosotros, para los profesionales de la cuántica.

La divulgación es un campo dificilísimo. Yo, fíjate, llevo toda mi carrera profesional leyendo divulgación de cuántica y no me atrevería a recomendarte ningún libro, porque me gustan los libros de divulgación. Si estás metido en el mundo cuántico profesionalmente, usas las matemáticas. Explicar esas operaciones que hacemos con palabras, es muy difícil, estás perdido, porque ya esos cálculos matemáticos no son intuitivos, son cálculos con matrices que no conmutan. Es un problemón, es muy difícil explicar con palabras la física cuántica.

Yo lo he intentado buenamente en la charla, espero haber tenido un éxito moderado o razonable, por lo menos para presentaros cuáles son los fenómenos, que al final es en lo que nos basamos para elaborar la teoría. Entonces, muchas veces tienes el fenómeno, luego tienes la teoría que te sirve para predecir el fenómeno, ahí queda un vacío, un salto muy difícil de rellenar, porque no tenemos imágenes que nos digan cómo se está moviendo el electrón entre una cosa y otra.

Los libros de divulgación, a mí, realmente, en general, casi me confunden más. Cuando leo un libro de divulgación de cuántica, pienso, qué difícil lo está poniendo este autor, esto no lo va a entender nadie. En cambio, igual, si ves la ecuación, es mucho más sencillo. Ahí está el problema, si no sabes matemáticas, ya no hay forma de conectar, es muy difícil. 

¿Esos libros de ciencia ficción, que son súper chulos, imagínalos nosotros? 

Sí, la cuántica da muchísimo juego para ciencia ficción. Pero hay que tener un poco de cuidado porque se abusa, precisamente porque es difícil entender la cuántica, pues hay un abuso también tremendo, te venden todo tipo de jabones cuánticos, detergentes cuánticos, sanación cuántica, entonces, también hay que tener bastante cuidado con todo eso.  Hay mucho humo y mucho fraude, de hecho, también, con la cuántica. Ahí tenemos también los académicos, tenemos una labor enorme de esforzarnos, aunque la divulgación sea difícil, eso no quiere decir que no la tengamos que hacer.

Hay que esforzarse y hay que intentar contar las cosas como buenamente podamos y explicar, por ejemplo, cómo está la tecnología cuántica en este momento, cuáles son las perspectivas, cuál es la historia cuántica, qué aparatos que usamos hoy en día ya funcionan gracias a efectos cuánticos, todo eso lo tenemos que hacer, ese esfuerzo de divulgación, aunque sea difícil. 

¿Algo que te gustaría añadir? 

Quiero insistir en una cosa que he dicho en la charla, que no pensemos que la cuántica es solo el ordenador cuántico, creo que esa es una idea muy importante.  Tenemos todo el mundo de la sensórica, todo el mundo de las comunicaciones seguras, además del ordenador cuántico, son campos interesantísimos, tecnológicamente, quizá, más desarrollados, más fáciles de conseguir que el ordenador cuántico. Me parece también que es interesante que el público sea consciente de eso, de que no hay que poner todos los huevos en la cesta del ordenador cuántico, que hay que repartir, y que, seguramente, otros campos, como la sensórica, nos van a dar juego mucho antes, habrá que esperar 10 o 20 años para que podamos.

De hecho, ya existen sensores cuánticos, como, por ejemplo, el reloj atómico. Se puede decir que es un sensor cuántico, y ya está, y eso ya lo tenemos, esa tecnología existe. Parecido al reloj cuántico, tenemos, por ejemplo, una posibilidad de mejorar la resonancia magnética, seguro que a todos os han hecho, a mí, por lo menos, muchas veces, una resonancia magnética, con sensores cuánticos.  Vamos a conseguir resoluciones mucho mejores, con aparatos mucho más sencillos, no tan grandes como los pedazos de imanes que hay que poner ahora.  Hay campos interesantísimos de desarrollo cuántico, aparte del ordenador cuántico, ese es un mensaje que me gustaría subrayar.