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Ignacio Cirac y Adolfo Plasencia

Ignacio Cirac. Fotografía de Adolfo Plasencia

La física cuántica te da una nueva visión de la naturaleza, una nueva visión que quizás tenga repercusiones tanto filosóficas como físicas. Nos dice que las propiedades de los objetos no están definidas, y las estamos definiendo cuando las observamos.

El cambio producido por la física cuántica es mucho mayor que el producido por la teoría de la relatividad.

Ignacio Cirac

Juan Ignacio Cirac Sasturain es catedrático en el Instituto de Física Teórica de Innsbruck, en Austria, director y miembro científico de la División de Física Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching, en Alemania, y profesor honorario de la Universidad Técnica de Munich (desde 2002). Es un físico español muy reconocido por su investigación en computación cuántica y óptica cuántica, integradas dentro de la teoría cuántica y la física teórica.

Cirac es licenciado en Física Teórica por la Universidad Complutense de Madrid, donde también obtuvo el doctorado por el Departamento de Óptica.

Becario «Formación del Personal Investigador» (Programa General) (1989-1991), profesor titular de Universidad en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Castilla-La Mancha (1991-1996), investigador asociado en el Joint Institute for Laboratory Astrophysics de la Universidad de Colorado (1993-1994), profesor del Instituto de Física Teórica de la Universidad Leopold Franzens de Innsbruck (1996-2001), director y miembro científico del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (desde 2001) y profesor honorario de la Universidad Técnica de Múnich (desde 2002). Es doctor honoris causa por la Universidad de Castilla-La Mancha, la Universidad Europea, la Universidad Politécnica de Cataluña, la Universidad Politécnica de Valencia, la Universitat de València, la Universidad de Zaragoza y la Universidad de Buenos Aires. Es profesor honorario del Departamento de Física de la Universidad Técnica de Múnich. Ha recibido numerosos premios, entre otros, el Premio Felix Kuschenitz de la Academia Austriaca de las Ciencias; la Medalla de la Real Sociedad Española de Física (2001); el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica (2006); el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas, compartido con Peter Zoller (2008); la Medalla de Honor de la Universidad Complutense de Madrid (2009); la Medalla Franklin en Física del Instituto Franklin de EE. UU., con David J. Wineland y Peter Zoller (2010); el Premio Wolf en Física, con Peter Zoller (2013); la Medalla de Honor del Instituto Niels Bohr (2013); la Medalla de Honor al Fomento de la Invención, o Premio García Cabrerizo (2015); y la Medalla Max Planck de la Sociedad de Física de Alemania (2018).

Su investigación se centra en la teoría de la información cuántica. Ha desarrollado un sistema de computación basado en mecánica cuántica y contribuido con aplicaciones que prueban la viabilidad de sus principios, y ha mostrado cómo se pueden realizar cálculos que son imposibles con los sistemas actuales. Según sus teorías, el ordenador cuántico, que él desarrolló, revolucionará la sociedad de la información al permitir comunicaciones más eficientes y seguras. Cirac ha publicado más de doscientos artículos y es uno de los autores más citados en su campo.

Adolfo Plasencia: Ignacio, gracias por recibirme.

Ignacio Cirac: El placer es mío. Gracias por venir.

A. P.: Ignacio, eres consciente de que se han despertado grandes expectativas por la física cuántica. Algunas personas piensan que la ley de Moore está llegando al fin de sus días y que hay que buscar otras alternativas para continuar nuestro progreso en informática y de las tecnologías de la información (TI). La mejor alternativa en este sentido podría ser la física cuántica. Pero además de esto la física cuántica se combina con la filosofía; trata sobre el qué somos y por qué. Hay una gran controversia en torno a todo esto. Por ejemplo, en un debate que se ha publicado recientemente, algunos intelectuales han asociado la mecánica cuántica con cosas como la libertad humana, el libre albedrío; con criterios más ligados a la metafísica que a la física. Hay quien ha vinculado la física cuántica con la libertad de decisión insinuando que no son compatibles, o sea, que induce determinismo.

El físico Carlo Rovelli, líder del Quantum Gravity Group (Équipe de gravité quantique) del Centre de Physique Théorique de Luminy, refutó estas afirmaciones en un texto publicado por Edge: «Free will, determinism, quantum theory and statistical fluctuations: A physicist’s take» («Libre albedrío, determinismo, teoría cuántica y fluctuaciones estadísticas: La visión de un físico»).¹ En él nos recordó que Demócrito suponía que el movimiento de los átomos era determinista, es decir, que un futuro diferente no sucede sin un presente diferente.

Durante el siglo pasado, las ecuaciones de Newton han sido reemplazadas por las vuestras y vuestra matemática –me refiero a las de la teoría cuántica–, que añaden un elemento de indeterminación que se rige por una dinámica probabilística altamente rigurosa. Tenéis tantas referencias y datos tan exactos que son muy difíciles de rebatir. Vuestras ecuaciones no determinan lo que va a suceder, pero sí determinan estrictamente la probabilidad de lo que va a suceder. Rovelli dice, oponiéndose a algunos que los han relacionado, que el libre albedrío no tiene nada que ver con la física cuántica porque, como seres humanos, somos altamente impredecibles, igual que sucede con la mayoría de los sistemas macroscópicos, y no hay incompatibilidad alguna entre libre albedrío y determinismo microscópico. En otras palabras, que la libertad de elegir de las personas no contradice vuestra mecánica cuántica. Rovelli asegura que nuestra idea de ser libres es correcta, pero esto es solo una manera de decir que somos ignorantes acerca de por qué tomamos decisiones. ¿Qué opinas de los argumentos de Rovelli?

I. C.: Esta es una discusión muy interesante y profunda. No creo que se pueda resumir en pocas palabras, pero, aun así, quiero destacar algunas cosas. En primer lugar, la física cuántica te da una nueva visión de la naturaleza, una nueva visión que tal vez tenga repercusiones tanto filosóficas como físicas. Nos dice, de alguna forma, que las propiedades de los objetos no están definidas cuando las observamos, y somos nosotros los que las definimos cuando las observamos. Es bastante extraña, una teoría rara, que choca. Llama la atención que la naturaleza se comporte así.

A. P.: Bueno, extraña si la vemos según el marco con el que nos regíamos en la física desde Newton. ¿No?

I. C.: Es extraña desde el punto de vista de lo que estamos acostumbrados a ver. Si a alguien le explican las propiedades de la física cuántica, le parece algo extraordinario, realmente extraño. Increíble casi. Y por ello hay gente que busca formas de mantener nuestra visión anterior de la naturaleza. Son cambios para preservar la que solíamos tener.

Y quizás una manera de no cambiar esa visión que había sido previamente propuesta antes –yo ahí no entro– es afirmar que no tenemos libre albedrío. Pero ¿qué pasaría si no tuviéramos libre albedrío? ¿Podríamos entonces salvar algunas de las propiedades de la naturaleza? Por ejemplo, si cada vez que yo hago un experimento, y sus resultados me salen que se ajustan, o no contradice la física cuántica, podría resultar que ya estuviera programado para resultar de esa manera; es decir, que yo no tengo ningún poder de decisión y no puedo hacer o decidir nada al respecto. Entonces, en ese caso, cualquier teoría sería vulnerable con respecto a eso. En los últimos años se han publicado varios artículos científicos que tratan de ese tema. Y creo que sí, es interesante pensar en eso, pero no soy un experto en ello.

A. P.: Pero ¿eso nos obliga a ser aún más rigurosos, a demostrar y pensar aún más? ¿No?

I. C.: Sí, pero estas son cosas que no se pueden demostrar. Quiero decir, si un robot está programado, es probable que no se dé cuenta de que ha sido programado, pero creo que muy poca gente estará de acuerdo con esto. Es solo una opinión, que es una pequeña parte de un abanico enorme de opiniones que hay, pero es una opinión muy extrema.

Pero hay otras posibilidades, mucho más coherentes o, al menos, que nos parecen mucho más razonables que la que citas. La física cuántica tiene en cuenta el libre albedrío. En sí misma, aunque tal vez no en sus hipótesis, asume que somos capaces de elegir y decidir cómo, por ejemplo, hacer mediciones. Esto es lo que da lugar a todos los experimentos y acuerdos experimentales que tenemos. Pero lo que sucede con la física cuántica (que también es muy interesante) es que realmente difiere de otras teorías anteriores, las cuales se suponía que incluían también una descripción de nosotros mismos. Es decir, cuando Newton propuso sus leyes, y Maxwell también desarrollo sus leyes y ecuaciones, la gente pensó que estos principios se aplicaban a la naturaleza como un todo, lo cual nos incluye a nosotros, porque estamos hechos de átomos y materia. En otras palabras, nosotros mismos debemos seguir las leyes de la naturaleza. Y de alguna manera esto es lo que llevó a la gente a pensar en el determinismo. O sea, que si nosotros seguimos las leyes de Newton y ellas son deterministas, eso significa que nosotros estamos determinados. Pero algunas personas dijeron que no, que eso no está bien, porque es algo que está completamente fuera de las leyes de Newton y no las sigue. Y es algo que se refiere a nuestra conciencia, o como lo quieras llamar. Esta es una posibilidad real hasta que alguien pruebe lo contrario.

La física cuántica es algo distinto. Por un lado, enuncia lo que sucede con todo lo demás, pero por otro lado no puede describirse a sí misma, lo cual es muy extraño. De hecho, hay un pequeño problema, llamado el «problema de la medida», que surge con la física cuántica, precisamente en ese punto. ¿Por qué esta rama de la física no nos puede describir a nosotros mismos y sí a todo lo demás? Es un tema fascinante. En la actualidad, tenemos varias opciones, y ninguna de ellas puede ser descartada como falsa porque, por el momento, no se han podido descartar con experimentos.

A. P.: Pues Walter Lewin, el famoso profesor del MIT, dice en su libro Por amor a la Física que lo más importante de la medición en física es, precisamente, la exactitud, la precisión.² Lewin dice en el libro, y también lo dijo en clase a sus alumnos: «Algo muy importante que omiten todos los libros de texto universitarios de física sobre el tomar medidas es la cuestión de la imprecisión en las mediciones». E insistía a sus alumnos: «Cualquier medición que toméis sin conocer su imprecisión carece por completo de significado». Esto da una idea de la importancia que tiene la precisión en las mediciones en física. Sin embargo, Ignacio, vosotros los físicos cuánticos hacéis mediciones tan precisas que son casi irrefutables, y todo el mundo está de acuerdo en eso.

I. C.: Sí, lo que tenemos en física cuántica, sobre todo en lo que se llama electrodinámica cuántica, es que tiene unas predicciones muy, muy precisas. Es decir, que uno puede hacer una medida de una propiedad física que predice la física cuántica con doce dígitos de precisión. Esto es algo que nadie imaginó que podría ser medido, pero sin embargo se mide. Por lo tanto, es una teoría muy fuerte y robusta, está muy experimentada. Pero, de todas formas, siempre hay que decir: esta no es la teoría final. Así que, si seguimos esta línea de pensamiento, nunca tendremos una teoría final; siempre habrá experimentos que nunca habremos hecho y que, quizá, nos hubieran dado otros resultados con los que articular otra teoría distinta.

A. P.: ¿Los físicos cuánticos como tú y tus colegas habéis percibido alguna resistencia al cambio dentro de vuestro campo de trabajo, y a sus avances en el mundo de la física?

I. C.: No. Eso sucedió un poco durante las décadas de 1930 y 1940, cuando la física cuántica estaba en desarrollo y, naturalmente, se encontraron estas extrañas propiedades y características de la naturaleza que eran tan diferentes de la forma clásica de pensar que surgieron ciertas reticencias.

En algunos casos surgieron ciertas dificultades, pero la mente de un físico es muy abierta, y todo lo que la mayoría de ellos quería hacer era hacer experimentos y ver si las cosas eran así. Tan pronto como se hicieron los experimentos, las cosas empezaron a abrirse. Ahora es difícil encontrar a alguien, cualquier físico, que no crea en la física cuántica.

A. P.: Hablemos un poco de esa oposición histórica. Albert Einstein escribió en una carta a Max Born en 1926: «La mecánica cuántica es un asunto muy serio, pero una voz interior me dice que ése no es el camino».³ Según Roger Penrose, a Einstein no le gustaba el aspecto probabilístico de la mecánica cuántica. Dice que ese lado no era aceptable para él porque Einstein estaba convencido de que debe haber un mundo físico objetivo en sí mismo, incluso en las escalas minúsculas de los fenómenos cuánticos, que son los entornos en que os movéis los físicos cuánticos.

Tú mencionaste en una entrevista: «Normalmente, cuando observamos algo, vemos que existe y está bien definido. Cada vez que vemos un objeto amarillo pensamos que es una propiedad objetiva que tiene el objeto, que no depende de mí. Es decir, cuando no lo estoy viendo, el objeto sigue siendo amarillo».⁴ Ahora la física cuántica, según vosotros, dice que no; dice que algunas propiedades de los objetos microscópicos en movimiento no están definidas cuando no están siendo observados y solo se definen cuando los observamos.

Si he entendido bien, esto que has dicho se aleja de la «objetividad» intrínseca de la materia que Einstein prefería. ¿Crees que ha sido difícil para la física cuántica contradecir firmemente a alguien tan grande como Einstein?

I. C.: No creo que haya sido tan difícil. En la época de Einstein la gente discutía y debatía largamente. Porque, por supuesto, cuando se dice: «Esta teoría no puede ser correcta», alguien se pregunta qué tiene de malo la teoría. Dime por qué está mal. No fueron capaces de decir lo que estaba mal. Trataron de hallar contradicciones, pero no pudieron encontrar ninguna. Pero creo que ha habido un proceso para ello. Por un lado, muchos científicos, afortunadamente, dijeron: «Bueno, es algo extraño, pero vamos a seguir adelante». Siguieron trabajando en la teoría de partículas y desarrollaron el modelo estándar sin preocuparse por este tema. Por otro lado, otro grupo de físicos dijo: «Vamos a hacer experimentos para averiguar si esto es cierto o falso». Estos experimentos tuvieron lugar y avanzaron, especialmente en la década de 1980, y hoy en día la evidencia demuestra claramente que la naturaleza es así. Y cuando te acostumbras, bueno, creo que… Si Einstein estuviera vivo y se hubiera acostumbrado a ello, no se sorprendería demasiado al ver que las cosas son así.

A. P.: No creo que lo encontrara extraño porque, de hecho, creo que él hizo lo mismo. Cuando hizo varios descubrimientos sobre su teoría de la relatividad, en cierto modo, y en ciertos campos, cuestionó la mecánica de Newton, que se había mantenido durante siglos. ¿Podríamos decir que ustedes, los físicos cuánticos, le han hecho lo mismo que él hizo a Newton?

I. C.: ¡Sí! De hecho es lo que hicieron. Nosotros no hemos hecho mucho, pero ellos sí. Sin embargo, creo que el cambio producido por la física cuántica es mucho mayor que el producido por la teoría de la relatividad. La relatividad, por supuesto, es extraordinaria; ha significado una gran transformación. Pero la física cuántica, además de eso, nos da una nueva visión de la naturaleza. No se queda solo en asegurar que algunas leyes específicas sean observadas o no. O en el hecho de que las cosas se mueven y el tiempo cambia cuando algo se mueve, y así sucesivamente. Sí, es realmente extraño, pero nos dice algo más. Nos dice que la realidad es más extraña de lo que pensábamos. Cuando hablamos de la realidad, y la realidad de los objetos, es mucho más que eso.

A. P.: ¿Mucho más compleja?

I. C.: Sí, la realidad es mucho más compleja, tiene más posibilidades, es más incierta y empieza a darnos más preguntas que respuestas. Físicos bien conocidos como Richard Feynman dicen que nadie entiende la física cuántica. Incluso si te esfuerzas por pensar en ello no hay manera de relacionarlo con ninguna otra analogía que puedas encontrar en el mundo ordinario. Pero creo que sí puedes imaginarlo, y que es más fácil de entender para la imaginación.

A. P.: Ignacio, como tú has dicho, la transformación de la mecánica cuántica apenas está comenzando, y lo que estáis descubriendo es, probablemente, solo el comienzo de un gran cambio.

¿Tienes alguna hipótesis sobre qué cambios de escala podrían implicar las aplicaciones de la teoría cuántica de la información para nuestro mundo actual, que es un mundo altamente informatizado y tecnológico, con una red global compartida por más de un tercio de la población mundial y con más teléfonos móviles que personas? ¿Qué crees que cambiaría si la información digital que se utiliza se volviera cuántica y las redes se convirtieran en redes cuánticas?

I. C.: Estamos comenzando a rascar la superficie de este mundo de la física cuántica y empezamos a ser conscientes de las primeras aplicaciones, pero, como sucede cada vez que tenemos acceso a nuevas leyes de la física, las aplicaciones más importantes aún no han sido descubiertas, y lo más probable es que cualquier pronóstico que pueda hacer ahora sobre las aplicaciones de la física cuántica no tenga nada que ver con lo que va a pasar dentro de los próximos treinta años. Sin embargo, lo que sabemos ahora es que, como podemos tener acceso a estas leyes de la física cuántica, podremos construir sistemas capaces de procesar y transferir información de una manera muy diferente. Esto nos permite augurar que se podrán hacer cálculos muchísimo más rápidos, quizás no para cada tipo de cálculo o computación, sino para algunos de ellos. También se podrán tener formas de comunicación más eficaces y seguras, transmitidas de tal manera que nadie pueda hackear nuestra comunicación. Esto no sé cómo puede repercutir, por ejemplo, en los teléfonos móviles. Tal vez los teléfonos inteligentes ya cubren la mayoría de nuestras necesidades actuales.

A. P.: Pero también, como tú sabes, ya hay clichés sobre vuestra ciencia –algo puede estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo, el gato puede estar vivo y muerto a la vez–,⁵ cosas que te hacen imaginar algo aún más extraño de lo que tú podías imaginar a priori. Y muy a menudo nuestra imaginación está equivocada y, por eso, son importantes vuestros experimentos. Aunque, por supuesto, después de ver Star Trek, hay gente que piensa que los cuerpos pueden ser teletransportados a otra galaxia. Y sabemos que esto no puede ser cierto, pero no podemos impedir que la gente imagine cosas que vosotros los físicos nunca habéis dicho que son realmente imposibles, incluso para la física cuántica.

I. C.: Sí, así es. A veces los físicos usamos formas de lenguaje desafortunadas para nombrar fenómenos, como el teletransporte –esa palabra tiene un significado muy claro–. La teletransportación cuántica (teleportación cuántica) significa que es la información y no la materia la que desaparece de un lugar y aparece en otro. Y esto es cierto. Pero tan pronto como tengamos acceso, y tan pronto como los sistemas de comunicación basados en la física cuántica puedan ser incorporados en el ordenador, será entonces cuando surgirán las ideas sobre cómo utilizarlos, como, por ejemplo, para obtener un enorme poder de cálculo.

Hoy en día ya sabemos que esa potencia de cálculo podría utilizarse en el diseño de medicamentos y en el diseño de nuevos materiales. Esta computación se realiza actualmente por medio de superordenadores. Pero supongo que cuando lo logremos, alguien averiguará para qué se puede utilizar. Y lo mismo sucede con la comunicación. Sabemos que la comunicación cuántica es segura. Como bien has dicho, la información puede desaparecer de un lugar y reaparecer en otro sin que pase por en medio, y eso significa que nadie puede leerla. Pues esa es una aplicación. También puede hablarse de tarjetas de crédito cuánticas, que nadie las puede copiar, porque la información es única y nadie puede utilizar en tu nombre. Ya conocemos algunas de estas aplicaciones, pero debe haber muchas que aún no han sido exploradas porque necesitamos gente joven con buenas ideas, no nosotros, los científicos que formulamos y desarrollamos estos fenómenos, sino la gente que tenga ideas sobre cómo deberían desarrollarse estas nuevas leyes de la naturaleza.

A. P.: Así es, pero esto no significa que cualquier cosa sea posible. La imaginación de un guionista puede generar hipótesis que son y serán siempre imposibles. Sin embargo, los asocian con fenómenos tan extraños como los de lo que vosotros habéis descubierto, ¿no es así?

I. C.: Sí, pero debemos tener cuidado porque a veces la física cuántica parece misteriosa. Incluso se utiliza de manera incorrecta, como para insistir en que «esto no puede suceder, eso sí puede suceder». Hay muchos casos conocidos. Has mencionado Star Trek y la teletransportación física. Eso no sabemos cómo hacerlo hoy en día. Ni siquiera sabemos si las leyes de la física lo permitirán, pero probablemente la respuesta sea no. Otra cosa que la gente oye es que pueden influir en su futuro simplemente con…

A. P.: …Con viajar al pasado, y ¿cambiarlo…?

I. C.: Bueno, eso es otra cosa. Me refería a la llamada superposición cuántica, es decir, que puedes hacer dos cosas al mismo tiempo, o que puedo usar mi mente para causar o hacer que algo suceda. Esto no tiene nada que ver con la física cuántica. Por esta razón se llega a equívocos sobre las ideas de la física cuántica, porque algunas personas que hablan de ellas no tienen los conceptos claros, o no los conocen, o están hablando de algo que no es física cuántica.

A. P.: Te vi siendo entrevistado en la televisión y dijiste que en tu trayectoria sí que hay un antes y un después. Hasta 1994, la gente, incluso los relacionados con la ciencia, pensaba que la aplicación de la teoría cuántica en la práctica no iba a ser posible. Pero en 1995 tú y el físico teórico austríaco Peter Zoller presentasteis juntos la primera descripción teórica de una arquitectura de ordenador cuántica.⁶ Se basaba en trampas de iones en las que átomos cargados eléctricamente, enfriados casi hasta el cero absoluto, eran atrapados por campos eléctricos y manipulados por láseres. ¿Podrías describir esta arquitectura? ¿Existe alguna equivalencia entre la descripción de una arquitectura informática cuántica y la de la informática actual? La revista Wired se refirió al ordenador cuántico que vosotros describisteis en ese documento como el Santo Grial de la computación que llevan buscando los científicos desde 1980.⁷ ¿Encuentras esto un poco exagerado? Pero, primero, ¿cómo es esta arquitectura que describisteis?

I. C.: Si podemos usar la física cuántica para transferir información, entonces lo primero que te dice la física cuántica es que, en vez de almacenar y procesar los datos en términos de bits, ceros y unos, debe hacerse en términos de bits cuánticos, o qubits (quantum bit), que quiere decir que tienen que ser sistemas físicos, como los bit que deben estar en cero o uno, pero que también puedan tener la propiedad de la superposición cuántica. Sabemos que esto ocurre a nivel atómico, así que lo único que uno tiene que hacer es ser capaz de escoger una serie de átomos, en este caso iones, y manipular las propiedades de los electrones que forman parte de estos átomos, específicamente la propiedad llamada spin del electrón, con láseres, de tal manera que los electrones cambian de cero a uno y de uno a cero, y que, además, también puede tener superposiciones cuánticas e interactuar entre ellos, para que, de esa forma, se realice la computación cuántica.

A. P.: ¿Y de forma controlada? Con un propósito, quiero decir.

I. C.: Eso es, con un objetivo. De la misma manera que los ordenadores corrientes manipulan ceros y unos en términos de puertas lógicas, también se pueden utilizar qubits para hacer los cálculos apropiados en términos de puertas lógicas, a las que llamamos puertas cuánticas. Y la manipulación de estas puertas lógicas cuánticas se realiza mediante láseres, es decir, con láseres que apuntan a estos iones, a los que se les envía una pequeña cantidad de luz a cada uno de ellos. La intensidad de la luz enviada y el tiempo durante el cual se envía el pulso de luz depende de cómo sea el programa, en función de lo que uno quiere que hagan los iones, es decir, qué puertas lógicas queremos que se ejecuten. Esto es simplemente lo que hoy en día hace un ordenador cuántico de los que ya tenemos, que son prototipos. Son muy pequeños, pero demuestran que todo esto funciona.

A. P.: También me interesa mucho el aspecto humano de tu trabajo. Lo que buscabas, como dice la revista Wired, es el Santo Grial de la investigación tecnológica, ¿verdad? Y, durante mucho tiempo, muchos científicos importantes dijeron que esto era imposible. Ahora, de repente, presentas un documento y dices: «¡No es imposible! Es posible». Así. ¡Nada menos! ¿Cómo fue ese momento? ¿Fue difícil para ti y para Peter?

I. C.: Bueno, sí. Esta es una historia curiosa. Estábamos trabajando en física cuántica, básicamente en cómo enfriar átomos, cómo enfriar iones, cómo hacer que se paren, y observar esas extrañas propiedades que produce la física cuántica, pero apenas habíamos oído hablar de la computación cuántica. Habíamos oído hablar de otras cosas distintas. Luego, en una conferencia en Colorado en 1994, se mencionó de manera abstracta la forma en que, en teoría, estos ordenadores cuánticos podrían existir, pero aún no sabemos cómo construirlos y no sabíamos siquiera si se podrían construir. Y mientras trabajábamos en el enfriamiento de estos iones pensamos que, tal vez, esta podría ser una forma de construirlos, porque estos iones eran lo que mejor entendíamos, hasta ese momento, desde el punto de vista cuántico. Así que, basándonos en esto, empezamos a trabajar. Teníamos varias ideas y, tres meses después, llegamos a la conclusión de que, de hecho, la respuesta era sí, que esto sería posible, después de haber dado una serie de pasos. Como no veníamos del campo de la computación cuántica, queríamos saber si lo que estábamos haciendo era correcto. Así que tomamos un tren a Turín para asistir a una conferencia sobre teoría de la computación cuántica y presentar allí nuestra propuesta ante los físicos que trabajaban en computación cuántica.⁸

A. P.: ¿Y cuál fue la reacción?, ¿hubo sorpresas?

I. C.: Sí, fue gracioso. Por supuesto, la gente tenía más o menos confianza en nosotros, porque ya habíamos predicho algunos experimentos que habían sido probados. Por otro lado, ellos venían de campos completamente diferentes y no tenían suficiente conocimiento sobre los iones ni nada de eso. Recuerdo especialmente a alguien que en ese momento estaba trabajando en computación cuántica y me dijo cuando terminé mi ponencia: «Esto es imposible», y yo me quedé pensando y le pregunté: «¿Por qué?». «¡Porque hay un teorema que dice que esto es imposible!», respondió. Y pensé cómo puede ser, ¡si matemáticamente, todo es correcto! Entonces, después de la conferencia, fui a hablar con él y comencé a explicarle que estos qubits que estábamos usando los utilizábamos con dos niveles internos y que, para hacer la puerta lógica, estábamos usando otro nivel interno. Y entonces él me dijo: «No, no, porque eso está prohibido». Le dije: «No, los átomos tienen muchos más niveles». Entonces me di cuenta de lo que había pasado. Él había desarrollado sus teoremas pensando que no había otro nivel. Resulta que lo que habíamos visto nosotros era que no se podía hacer a menos que hayas añadido otro nivel, así que, como lo sabíamos, por lo que teníamos observado, sí podría hacerse, ya que los átomos también tienen otros niveles que son posibles.

A. P.: Así que, con la energía, puedes hacer que un electrón salte de un nivel a otro, y dependiendo de la energía puede saltar a un nivel diferente. Y él pensó que no había niveles intermedios. ¿Es así?

I. C.: Sí, entender eso es un poco como entender la diferencia entre matemáticos y físicos. Su estructura de pensamiento era del tipo: «Si tengo eso y aquello, entonces esto es posible y esto no lo es». El físico dice: «Bueno, si esto es imposible, lo que debo hacer es añadir cosas hasta que sea posible, ¿no?». Esta es la forma en que yo lo veo. Me sucedió varias veces durante mi carrera, el experimentar el hecho de que los físicos tratamos de hacer todo lo posible –en cierto modo violando las consideraciones y los enfoques que a priori tienen los matemáticos–, para transformar las cosas de manera que dejen de ser seguras e inamovibles cuando queremos lograr algo.

A. P.: Eso significa que no solo una vez, sino que muchas veces te has encontrado con caras de sorpresa en el público, ¿no es así?

I. C.: Sí, y no solo con las cosas que yo he hecho, sino también con las que han hecho otros físicos, por ejemplo, cuando algunos teóricos manifestaron que la condensación de Bose-Einstein era «¡físicamente imposible!» con algunos átomos en particular. Y resultó que la prueba del fenómeno recibió el Premio Nobel de Física en 2001; el resultado había sido producido experimentalmente en 1995.⁹ Los experimentos se realizaron en Colorado, donde yo vivía en ese momento. Recuerdo que le pregunté a uno de los experimentadores: «Pero si te ha resultado imposible, ¿por qué sigues llevando a cabo el experimento?». Él respondió: «¡Porque no entiendo lo que los resultados quieren decir!». Bueno, finalmente el experimento funcionó. Y el experimentalista en cuestión, Eric A. Cornell, recibió el premio Nobel.

A. P.: ¿Quieres decir que la realidad es mucho más abierta que las matemáticas que dicen representarla?

I. C.: Depende. Este tipo de cosas han ocurrido muchas veces, aunque también ha ocurrido lo contrario. Mucha gente que realiza un experimento determinado tarda mucho tiempo, y luego llega un matemático y dice: «No, tú lo haces de esta manera, pero al revés es imposible», y si eso se entiende, se puede ahorrar mucho dinero en investigación porque se ve que esto no es posible. Así que estos son los dos lados, pero en este caso en particular la realidad los sorprendió.

A. P.: Hablemos de otro caso que está ocurriendo ahora. En la tecnología de semiconductores de cobre sobre silicio. En 2020¹⁰ ya tenemos en el mercado tecnología de 5 nanómetros (5nm NPU Neural Engine de 4ª generation) y para 2023 se calcula que la habrá de 3 nanómetros. Si continúan así, físicamente, dicen los especialistas que llegará un momento en que, por una razón puramente física, las cargas eléctricas puedan saltar de un microperfil de cobre de los chips a otro, y este método se agotará debido a la extrema reducción de su escala. Desde su punto de vista como investigador en mecánica cuántica, ¿crees que llegará un ordenador cuántico verdaderamente funcional, antes de que la ley de Moore se agote?

I. C.: Yo pienso que no. La primera demostración de un ordenador cuántico, que era una demostración básica con un solo de esos qubits, tuvo lugar en 1995, justo después de que publicáramos el artículo, que en uno de sus experimentos se demostró una de las piezas básicas. Luego, en 1997, se realizaron experimentos con dos de los qubits. En el año 2000 había cuatro qubits; en el 2004 había ocho. Hoy tenemos quince o dieciséis, y hay gente que dice que probablemente han llegado a treinta. Ahora bien, si uno extrapola para llegar a 10.000, que es lo que se necesita, o a 100.000 o 1.000.000, que sería lo óptimo, aún quedan muchos años por delante.

A. P.: ¿Qué son mejor ahora 10.000 o 1.000.000 de qubits?

I. C.: Sabemos que con alrededor de 1.000 qubits podríamos hacer algunos cálculos interesantes. El problema es que es probable que haya errores, pero si tuviéramos 1.000 qubits perfectos podríamos realizar algunos cálculos extraordinarios, realmente interesantes. El problema es que los qubits no son perfectos, y tenemos que realizar una corrección de errores, o debugging. Esto significa que el número de qubits que hay que utilizar en la práctica es al menos un factor diez o cien veces mayor que el original. Por lo tanto, para hacer computación en presencia de errores necesitaríamos entre 100.000 y 1.000.000 qubits. Sin embargo, para alcanzar esta cifra, todavía se necesita un importante desarrollo tecnológico, y esto podría llegar en cinco o cincuenta años. No lo sabemos.

A. P.: Para formularte la siguiente pregunta tuve que consultar a un amigo que es un físico fantástico en el campo de la física de la materia condensada, Pablo Jarillo-Herrero, y documentarme sobre la pregunta primero. Otra de tus contribuciones, tuya y de Peter Zoller, es el simulador cuántico.¹¹ Cuando escuchas la palabra simulador te imaginas un simulador de vuelo que muestra una representación sensible del mundo exterior, contigo en los controles y todo lo que ves se comporta de forma interactiva. Eso es lo que pensé que era un simulador. Pero Pablo me explicó lo siguiente. El tuyo es un simulador de materia artificial con átomos reales. Con un simulador como este se puede averiguar, por ejemplo, cómo se comportan los materiales conductores a altas temperaturas. En otras palabras, se trata esencialmente de un simulador de material real hecho artificialmente que permite la posibilidad de entender cómo se comportan los materiales con átomos reales en determinados entornos, que son muy difíciles de ver en la naturaleza. ¿Es eso cierto?

I. C.: Eso es correcto. La idea es algo similar a lo que mencioné antes, que probablemente tomará mucho tiempo, al igual que para que se construyan los ordenadores cuánticos, y puede que te detengas a pensar y hacerte preguntas como para qué queremos un ordenador cuántico, qué aplicaciones pueden tener los ordenadores cuánticos. Y una de las aplicaciones, quizás la más importante, es la que sería capaz de hacernos resolver problemas científicos que no podemos superar con ordenadores normales, problemas relacionados con el diseño de materiales, quizás con reacciones químicas, la composición química de algunos materiales, etc.

Así que, de este análisis, tenemos la idea de que tal vez no sea necesario construir un ordenador cuántico para resolver problemas actuales; tal vez podamos hacerlo usando un ordenador analógico en el que elijamos un sistema totalmente diferente, un sistema de átomos, por ejemplo, en el que estén organizados para interactuar de tal manera que se comporten como el material que queremos simular. Y si se toman medidas en este sistema atómico, se pueden hacer predicciones sobre lo que va a suceder con el material. Propusimos explícitamente que se construyera algo así, y los primeros experimentos se llevaron a cabo en 2002. Hoy en día las primeras simulaciones cuánticas se han llevado a cabo con este equipo, simulaciones que no podemos describir con ordenadores normales. En otras palabras, ya se ha construido el primer simulador cuántico que corre más rápido, claramente para su propósito que un ordenador normal. La dificultad es que no hay ningún interés científico en esta simulación, lo que significa que es aún un «problema artificial».

A. P.: Y ¿dónde se hizo esto? ¿En Europa?

I. C.: Sí, en Europa. De hecho, el primer experimento se llevó a cabo en el Max-Planck-Institut de Múnich, por el grupo de Immanuel Bloch.¹² Y ahora muchos experimentadores están tratando de replicar estas simulaciones, y creo que pronto empezaremos a ver a gente que ha resuelto problemas que antes no podíamos resolver con ordenadores normales usando estos simuladores cuánticos.

A. P.: Pero lo que describes no es solo física, sino también química, ¿no? En otra conversación de este libro el renombrado químico Avelino Corma me dijo que, cuando se trabaja en una escala inferior a 10 nanómetros, los físicos y químicos trabajan en el mismo entorno haciendo prácticamente lo mismo.¹³ ¿Sería correcto decir que se trabaja en el campo de la físico-química?

I. C.: Sí, lo sería. Estoy totalmente de acuerdo con Avelino en eso, e incluso nos entendemos y utilizamos el mismo lenguaje cuando hablamos en estas condiciones.

A. P.: Hay algo más sobre lo que me gustaría saber su opinión. Te he estado preguntando muchas cosas sobre dónde está el experimento. Me dices que «en nuestro Instituto en Alemania, cerca de Múnich», y que se trata de una experimentación de vanguardia absoluta. Estoy interesado en saber si los enfoques de estas ciencias tienen algún tipo de sesgo geográfico, o tal vez algún matiz cultural científico. Por eso te pregunto si hay una visión de la ciencia que caracterice y diferencie a la ciencia europea de lo que puede existir en otras ciencias, por ejemplo, la de Estados Unidos, aunque soy consciente de que la ciencia es ahora global, con gente de todo el mundo trabajando en equipo. Pero, en tu opinión, ¿hay algo que caracterice a la ciencia europea respecto a otros puntos de vista científicos?

I. C.: Creo que la ciencia europea en general es más conservadora que en Norteamérica. Los americanos son mucho más intrépidos. Los jóvenes de Estados Unidos tienen ideas que quieren poner en práctica lo antes posible, mientras que en Europa es más bien paso a paso; por supuesto, hay numerosas excepciones a esta regla.

A. P.: Pero seguramente no estás hablando de semántica científica, porque la ciencia europea es genial inventando palabras, y no tiene nada que envidiar a la de Estados Unidos, ¿verdad?

I. C.: No, semánticamente no. Pero, de nuevo, hay simplemente algo que puedes ver. Por ejemplo, hay más ayuda para la gente joven en Estados Unidos. Está la idea de que, cuando consigues un doctorado y haces un poco de estudio posdoctoral, lo que tienes que hacer es apartarte y dejar que las ideas fluyan, lo que probablemente te llevará a mejores ideas. No es lo mismo en Europa, en general. Cuando terminas un curso de posdoctorado es posible que tengas cierta independencia, pero siempre dependes de alguien que quiere centrar la investigación en ciertos temas, que son los que quieren resolver en los siguientes años. Sin embargo, es diferente. Es probable que el método estadounidense tenga más éxito en el ámbito de la investigación aplicada y el europeo quizás en los ámbitos más teóricos. De hecho, en este momento creo que mi área de investigación, que es la computación cuántica, está en el mismo nivel o incluso más alto que el de Norteamérica.

A. P.: Escuché a un científico que defendía la visión científica europea afirmando que «no es que seamos más conservadores, sino que ¡somos más rigurosos! Somos más cautelosos a la hora de presentar resultados que no han sido totalmente corroborados». Así fue como defendió la visión europea. No sé si estás de acuerdo.

I. C.: Bueno, sí, pero el sistema europeo tiene sus ventajas y desventajas. Hay gente que podría pensar que tanto riesgo –como dije en el ejemplo que di antes– significa que no es posible hacer algo, cuando quizás deberían estar diciendo: «¡Si no es posible, hagámoslo posible!». Fue bueno cambiar las condiciones experimentales, pero, aun así, creo que es difícil diferenciar la ciencia europea de la americana excepto en términos muy generales.

A. P.: Por lo que me has dicho antes, los matemáticos son aún más conservadores que los físicos, ¿verdad?

I. C.: Sí. La cosa es que dentro de las matemáticas también hay originalidad, gente que no solo descubre el problema, sino que también se da cuenta de que algunos problemas son más importantes que otros, y hay mucha originalidad y arte en ello. Hay gente diferente que encuentra nuevas fórmulas, nuevas formas de resolver problemas que no son conservadoras y que rompen con todos los conceptos. La gente solía pensar que, para resolver un problema, había que seguir una serie de pasos. Directrices a lo largo del camino. Pero luego alguien más aparece por un camino completamente diferente y disruptivo que, de pronto, resuelve el problema de una manera más sencilla. Eso también ocurre.

A. P.: Ignacio, muchas gracias. Ha sido un placer, y espero verte pronto de nuevo. Tal vez tengas un ordenador cuántico listo y funcionando para entonces. ¡Gracias!

I. C.: Vale. Estupendo. ¡Gracias a ti también!

¹ Carlo Rovelli: «Free will, determinism, quantum theory and statistical fluctuations: A physicist’s take», Edge, 24 de mayo de 2014, en línea: <http://edge.org/conversation/free-will-determinism-quantum-theory-and-statistical-fluctuations-a-physicists>.

² Walter Lewin: For the Love of Physics: From the End of the Rainbow to the Edge of Time, New York, Free Press, 2011.

³ Albert Einstein: The Born-Einstein Letters, Internet Archive, en línea: <http://archive.org/stream/TheBornEinsteinLetters/Born-TheBornEinsteinLetters_djvu.txt>.

⁴ R. Corcho: «Juan Ignacio Cirac: “La física cuántica requiere un cambio drástico de nuestra visión de la naturaleza”», La Tercera Cultura, 19 de noviembre, 2008, en línea: <http://www.terceracultura.net/tc/?p=584>.

⁵ La referencia es al gato de Schrödinger: el gato puede estar vivo y muerto a la vez… como resultado de estar vinculado a un evento subatómico aleatorio que puede o no ocurrir (<https://en.wikipedia.org/title=Schr%C3%B6dinger%27s_cat>). Este es un ejemplo de superposición cuántica que aparece más adelante en la conversación.

⁶ J. I. Cirac y P. Zoller: «Quantum Computations with Cold Trapped Ions», Physical Review Letters, 74, 20, 15 de mayo de 1995. DOI: <http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.4091>.

⁷ J. I. Cirac y P. Zoller: «Quantum Computations with Cold Trapped Ions». Paper presentado en el «Workshop on Quantum Computation» de Turín en Junio de 1995.

⁸ J. I. Cirac y P. Zoller: «Quantum Computations with Cold Trapped Ions». Paper presentado en el «Workshop on Quantum Computation» de Turín en Junio de 1995.

⁹ El Premio Nobel de Física 2001 fue otorgado conjuntamente a Eric A. Cornell (Universidad de Colorado, Boulder) y Wolfgang Ketterle (MIT) «por el logro de la condensación de Bose-Einstein en gases diluidos de átomos alcalinos, y por los primeros estudios fundamentales de las propiedades de los condensados» (<http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001). En 1995, Eric A. Cornell y Carl Wieman produjeron el primer condensado gaseoso en el laboratorio NIST-JILA de la Universidad de Colorado en Boulder utilizando un gas de átomos de rubidio enfriado a 170 nanokelvin (1,7 × 10^-7 K) (<http://en.wikipedia.org/wiki/Bose%E2%80%93Einstein_condensate>). M. H. Anderson, J. R. Ensher, M. R. Matthews, C. E. Wieman y E. A. Cornell: «Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor», Science, 14 de julio de 1995, pp. 198–201.

¹⁰ El 13 de octubre de 2020, Apple presentó su smartphone (teléfono inteligente) iPhone 12, con un procesador Apple A14 Bionic (A14 Bionic Chip) de tecnología de 5 nanómetros, que integra 11.800 millones de transistores y es capaz de realizar 11 billones (trillions) de cálculos por segundo, editado por última vez el 15 oct 2020 a las 16:10, en línea: <https://es.wikipedia.org/wiki/IPhone_12>.

¹¹ J. Ignacio Cirac y Peter Zoller: «Goals and Opportunities in Quantum Simulation», Nature Physics, 8, abril de 2012, pp. 264-266. DOI: 10.1038/nphys2275.

¹² El profesor Immanuel Bloch trabaja en el Quantum Optics Group Ludwig-Maximilians-Universität, en Múnich, y en el Max-Planck-Institut for Quantum Optics de Múnich.

¹³ Avelino Corma interviene en el diálogo 7.