Liliana se ríe con las metáforas cuánticas.

Con mucho retraso he visto "El buen patrón", la película de Fernando León de Aranoa. Mi colega Andrés Agustí, que ahora está en el Instituto de Ciencias Materiales del CSIC pero que entonces preparaba su tesis doctoral bajo mi supervisión, me avisó hace tiempo que había unas referencias al principio de incertidumbre de Heisenberg que podrían interesar al Observatorio de Metáforas de la Física Cuántica. Lamentablemente, ya la había dejado pasar en el cine pero he podido verla por fin en Movistar. La peli, como ya sabrán muchos de ustedes, es estupenda: se sostiene sobre un guión de precisión casi wilderiana, pero se eleva aún más gracias a la creación asombrosa, perturbadora, del genio Bardem. Pero eso no le concierne al Observatorio. Hacia la mitad de la película, el empresario Blanco se toma una copas con Liliana, nueva becaria de la empresa, ambiguo y enigmático personaje también sólidamente interpretado por la joven Almudena Amor, mientras le da la siguiente tabarra explicándole su obsesión con la exactitud:

"Blanco: Cuando mides cualquier cosa, introduces una alteración. O sea, modificas lo que mides, ¿eh? ¿Me he explicado?

Liliana: Como si quieres conocer a una persona y en realidad no llegas a conocerla de verdad, porque para acercarte tú a esa persona tam...

Blanco: ¡Exactamente! Eso es. Bueno, acabas de definir el principio de incertidumbre mejor que Heisenberg. Tú has estudiado Física.

Liliana: Marketing."

Créanme que simpatizo: yo también he intentado ligar soltando chapas así... sobre todo cuando estaba en la Facultad y todavía no había estudiado bien la física cuántica. Pero el problema es que Blanco es un tipo que tiene una fábrica de básculas, y por más que sea Bardem (y León de Aranoa) el que lo diga, si usted le pide unos filetes de cadera de ternera a su carnicero y este los pone en la báscula, la báscula no introduce ninguna alteración en el filete ni lo modifica de ninguna manera. ¿Me he explicado? Las básculas Blanco no son cuánticas y no les afecta de ninguna manera el principio de incertidumbre. 

Ahora bien, podemos aprovechar esto para preguntarnos ¿y si lo fueran? Es decir, ¿qué pasa cuando usamos sistemas de física cuántica para medir cosas? Esta es la pregunta que da lugar al campo de la Metrología Cuántica, de la que hablo con más detalle en el último capítulo de mi libro "Verdades y mentiras de la física cuántica". Por la manera en que hablamos del principio de incertidumbre, nos puede dar la impresión de que los efectos cuánticos son siempre negativos cuando vamos a medir algo. Sin embargo, la imprtancia del principio de incertidumbre es más de tipo fundamental que de tipo práctico: en términos prácticos, los aparatos de medida están muy lejos de la pequeña limitación impuesta por el resultado de Heisenberg. Solo si quiero hacer medidas con una precisión extraordinaria, me puedo empezar a acercar a la precisión en la que este efecto pudiera ser relevante.Pero incluso entonces, otro tipo de efectos entran en juego, que pueden afectar más a la precisión que los de origen cuántico.

Cuando medimos algo, normalmente ponemos en contacto o interacción nuestro aparato de medida con aquello que queremos medir, y esto provoca una reacción en el aparato.¿Se acuerdan de los termómetros de mercurio? La columna de mercurio se eleva a una altura que es proporcional a la temperatura: cuanto más caliente el cuerpo que estoy midiendo, más altura. Normalmente, solo estoy interesado en saber si tengo 37, 9ºC o 38, 0ºC, pero imaginen que fuera muy importante distinguir entre si tenemos 37,995ºC y 37, 996ºC. Entonces, necesitaría que un muy pequeño cambio de temperatura pudiera provocar algún tipo de cambio en mi termómetro, pero presumiblemente ese cambio va a ser tan pequeño que no solo será difícilmente observable, sino que podría verse enmascarado por cualquier pequeño cambio en el entorno, cualquier pequeña fluctuación, error, defecto, anomalía... que puede ser de tamaño igual o superior a lo que quiero medir. El termómetro de mercurio no me va a servir si quiero tanta precisión, ni tampoco los termómetros digitales convencionales de venta en farmacias y uso cotidiano.

Como esos errores o fluctuaciones serán de naturaleza presumiblemente aleatoria, hacer estadística los reducirá: si hago muchas medidas independientes y obtengo a veces 37, 996ºC, otras 37, 994 ºC, alguna vez 37, 993ºC o 37, 997ºC... es muy probable que la medida real sea 37, 995ºC. De hecho, si uso un cierto número de sondas independientes para medir, el error será más pequeño cuánto más grande sea el número de sondas. Pues bien, la metrología cuántica se pregunta ¿qué ocurre si las sondas tienen entrelazamiento cuántico? El entrelazamiento cuántico es muy sensible a los cambios del entorno, así que se puede demostrar que, en teoría, si las sondas están entrelazadas, la reducción del error crece con el número de partículas de una manera más rápida que sin entrelazamiento (en términos técnicos, la reducción del error crece linealmente con el número de sondas, frente al caso anterior, en el que la reducción crece solo con la raíz cuadrada). Así que, un sistema cuántico, usando el entrelazamiento cuántico, a pesar de estar limitado por el principio de incertidumbre, puede medir con mucha mejor precisión que un sistema clásico. La situación recuerda a la de la computación cuántica, donde ciertos estados especiales con entrelazamiento cuántico, pueden conseguir hacer cálculos concretos mucho más rapido que los ordenadores clásicos, con una mejora similar a medida que aumentamos el número de partículas entrelazadas. 

Por supuesto, lo anterior es un resultado teórico, y no es fácil llevarlo a la práctica: el entrelazamiento cuántico es difícil de generar y mantener en sistemas de muchas partes. Sin embargo, la metrología cuántica no deja de crecer con propuestas, experimentos y aplicaciones prácticas interesantes. Por ejemplo, las versiones más avanzadas de LIGO, el detector de ondas gravitacionales, ya usan estados cuánticos para aumentar aún más su increíble precisión. Así que Blanco puede estar tranquilo. 

 

Carlos Sabín
Carlos Sabín

Físico teórico. Investigador "Ramón y Cajal" en el Departamento de Física Teórica de la UAM. Autor de "Verdades y mentiras de la física cuántica".

Página web personal

Sobre este blog

Cuantizando todo, hasta el último fotón. Tecnologías cuánticas y mucho más.

Ver todos los artículos