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1 de Mayo de 2015
Física cuántica

Mundos cuánticos simulados

Numerosos sistemas cuánticos resultan demasiado complejos para calcular sus propiedades. La simulación cuántica permite recrear su comportamiento por medio de sistemas formalmente análogos y fáciles de controlar en el laboratorio.

En este simulador cuántico del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching, un sinnúmero de espejos, lentes y fibras ópticas controla la luz de docenas de láseres. Con él los investigadores pueden enfriar átomos, atraparlos y manipularlos a fin de imitar efectos imposibles de estudiar por otros medios. [AXEL GRIESCH]

En síntesis

Describir el estado de un sistema cuántico de muchos cuerpos, como un sólido, requiere manejar ingentes cantidades de información. Calcular sus propiedades resulta impracticable incluso con los mejores superordenadores del mundo.

Una manera alternativa de estudiar tales sistemas consiste en simular su comportamiento por medio de un número reducido de objetos cuánticos controlables, como átomos ultrafríos atrapados en redes ópticas.

Gracias a las técnicas de simulación cuántica, los físicos pueden estudiar en condiciones controladas todo tipo de fenómenos, como las transiciones de fase cuánticas o las propiedades electrónicas de materiales exóticos.

Hacia finales del siglo XIX, la construcción de las primeras redes eléctricas de gran tamaño supuso un verdadero problema para ingenieros e inversores. Nadie era capaz de predecir el comportamiento de aquellos sistemas, que por vez primera surcaban cientos de kilómetros para transportar corriente alterna hasta los rincones más remotos de América y Europa. Las sobretensiones debidas a cortocircuitos u otras adversidades amenazaban con destruir cables e incluso instalaciones industriales enteras. Y aunque en principio el comportamiento de una red eléctrica podía describirse por medios matemáticos, las complejas ecuaciones diferenciales resultantes eran en la práctica imposibles de resolver a mano. Ello aumentaba sobremanera los riesgos técnicos y económicos asociados a los grandes proyectos eléctricos.

Azuzados por la necesidad, los ingenieros dieron con una brillante idea: si no eran capaces de calcular el comportamiento de una red eléctrica, tal vez pudieran simularlo. Ello implicaba fabricar sistemas reducidos y manejables en un laboratorio, que, combinados, presentasen propiedades análogas a las de una línea de transmisión de cientos de kilómetros de longitud. Un simulador de tales características fue construido hacia 1930 por Vannevar Bush, del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Bautizado como «analizador diferencial», su dispositivo permitía reproducir en el laboratorio el comportamiento de una red eléctrica y, con ello, resolver las ecuaciones que la describían. De hecho, tales analizadores no eran ni más ni menos que computadoras, solo que analógicas en vez de digitales.

Hasta principios de los años sesenta, numerosas compañías eléctricas recurrieron a los analizadores de redes. Pero, poco después, estos comenzaron a verse reemplazados por ordenadores digitales, los cuales podían obtener los mismos resultados mejor y más rápido. Con ello, la era de las computadoras analógicas parecía haber llegado a su fin.

EL RENACER DE UNA TÉCNICA
Desde hace unos años, sin embargo, los simuladores han experimentado un regreso inesperado bajo una nueva forma. A pesar de la enorme potencia de cálculo de los ordenadores digitales modernos, existen aún problemas que estos no pueden resolver. El más fundamental de ellos fue formulado por Richard Feynman durante una charla impartida en 1981. Dicho problema nos lleva a una pregunta tan simple como profunda: ¿cómo se simula la realidad de la física? En particular, ¿cómo se simula la realidad de la física cuántica?

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