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1 de Octubre de 2016
Física cuántica

Del átomo al qubit: la mecánica cuántica en el siglo XXI

Átomos en estados de Rydberg en una simulación cuántica. [INSTITUTO MAX PLANCK DE ÓPTICA CUÁNTICA]

En diciembre de 1926, hace ahora justo 90 años, la revista Zeit­schrift für Physik publicaba una contribución de Max Born titulada «Sobre la mecánica cuántica de los procesos de colisión». En ella, el físico alemán enunciaba —en una nota a pie de página añadida durante el proceso de corrección de pruebas— la regla que hoy lleva su nombre y que años más tarde le valdría el premio Nobel de física, otorgado «por su interpretación estadística de la función de onda».

Aquel resultado coronaba el formalismo matemático que ese año y el precedente habían desarrollado varios de los fundadores de la teoría cuántica (Born incluido) y establecía cómo calcular, a partir de él, la probabilidad de obtener un resultado u otro en un experimento. La regla de Born apuntalaba así el carácter intrínsecamente probabilístico del mundo cuántico y sentaba las bases de una nueva forma de entender la realidad física: una realidad que solo se define si le hacemos preguntas. Había nacido la mecánica cuántica moderna.

Noventa años después, los fundamentos de la teoría siguen intactos, pero su apariencia se ha metamorfoseado de manera considerable. Originalmente desarrollada para explicar las propiedades de los átomos y la luz, hoy la teoría cuántica es vista a menudo como un formalismo estrechamente relacionado con un concepto mucho más abstracto y universal: el de información. Desde finales del siglo pasado, este enfoque ha dado lugar a una inusitada avalancha de publicaciones sobre el significado último de la teoría, sus posibilidades computacionales, su relación con el mundo macroscópico y su vínculo con las interacciones fundamentales de la naturaleza.

El presente monográfico ofrece una pincelada del estado contemporáneo de las cuatro fronteras que acabamos de mencionar. De la mano de 17 expertos, buena parte de los cuales se encuentran entre los más citados del mundo en sus respectivos ámbitos de investigación, los artículos recopilados aquí exploran qué podemos decir sobre la naturaleza de la realidad física a la luz de algunos avances recientes en física cuántica (págs. 4-26), en qué se basan y qué persiguen las nuevas técnicas de tratamiento cuántico de la información (págs. 28-56) y cuál es el estado actual de los dos mayores retos a los que siempre se ha enfrentado la teoría: lograr una descripción precisa del límite clásico (págs.58-71) y resolver su encaje con la gravedad (págs. 72-87). El número concluye con un artículo que aborda lo que podríamos calificar como el reto definitivo: demostrar la unicidad de la teoría cuántica a partir de un enfoque basado exclusivamente en la información (pág. 88).

Esa travesía conceptual de los átomos a los qubits no supone ningún giro radical con respecto a la teoría que nació hace 90 años; a fin de cuentas, fue la interpretación probabilística lo que condujo a Niels Bohr a defender que la tarea de la física no consiste en averiguar cómo es la naturaleza, sino qué podemos decir sobre ella. Sin embargo, ese renovado énfasis en la información sí se ha revelado como una perspectiva extraordinariamente fructífera para explorar las fronteras del mundo cuántico. Bienvenidos al siglo XXI.

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