Guillermo Cordourier Maruri y la computación cuántica
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 18 de noviembre de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Guillermo Cordourier Maruri estudia un posdoctorado sobre computación cuántica en estado sólido en la Unidad Mérida del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), institución que representó durante su participación en la 65a Reunión Lindau de Premios Nobel en Alemania. A continuación se presenta la segunda parte de la entrevista realizada para la Agencia Informativa Conacyt.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Qué aplicaciones se desarrollan actualmente en el campo de la computación cuántica?
Guillermo Cordourier Maruri (GCM): Yo me dedico a tratar de crear la superposición de estados precisamente golpeando con electrones los pequeños imanes o spines. También tenemos un proyecto que trata de hacer operaciones sobre esos pequeños imanes a través de golpeteo de electrones y esos son los dos proyectos principales que trabajamos en el Cinvestav.
Nuestra contraparte óptica se basa en tratar de iluminar los spines y así modificarlos, aunque en realidad hay una infinidad de propuestas. Todavía es muy difícil calcular cuándo vamos a tener una computadora cuántica, pero han resultado muchos beneficios indirectos del estudio de esta rama. Uno de esos beneficios es traer temas olvidados como el problema de la medición y el desarrollo de la criptografía cuántica, que trata de usar sistemas entrelazados para transmitir información secreta.
Lo que ocurre con el sistema entrelazado, que es un sistema superpuesto que solamente existe en el mundo cuántico, es que es muy delicado y se destruye cuando lo miramos. La base de la criptografía cuántica es crear sistemas superpuestos y trasladarlos de un punto a otro, de manera que cuando los observemos podamos estudiar su destrucción de manera controlada para conocer los patrones que nos indican que no ha sido destruido antes, con lo que podemos estar seguros de que nadie interceptó la información. Esa es la base de la criptografía cuántica y ahora ya hay sistemas ópticos que se están implementando comercialmente.
Nosotros nos enfocamos en una aplicación que es como una compuerta cuántica. Una compuerta lógica es una operación entre bits en la que, si tienes dos bits (0 y 1), cuando leemos uno como 0 cambiamos el otro bit a 0. Nosotros tratamos de hacer eso pero en qubits, que son las contrapartes cuánticas de los bits. Esa es nuestra aplicación fundamental, pero hay otras cosas muy divertidas que se pueden hacer. Hay algunos protocolos de teletransportación cuántica donde lo que se crea primeramente es una interconexión entre dos partículas, tomamos una de estas, la trasladamos y realizamos otra interconexión con una tercera partícula; realizando ciertas mediciones podemos hacer que la información de la primera partícula se traslade a la tercera partícula, si hablamos de un electrón donde la única información que tenemos de él es acerca de su momento magnético, trasladamos ese momento magnético a la otra partícula y de esta manera es como si trasladáramos el electrón de un lado al otro.
La ciencia ficción ha especulado con que esto pueda utilizarse para trasladar gente y, aunque eso está muy lejano y probablemente no sea muy práctico, en sus bases está una de las aplicaciones posibles.
Otra de las aplicaciones es la codificación súper densa, que trata de almacenar la mayor cantidad de información en partículas superpuestas y, en vez de mandar un montón de información por separado, se manda toda junta. Esta tiene muchas aplicaciones tecnológicas, pero en realidad todavía debe haber un montón de aplicaciones que están por surgir, solamente hay que ver, estudiar y estudiar y tener imaginación.
AIC: ¿Cómo observas el papel de la interpretación en la mecánica cuántica?
GCM: La teoría cuántica es algo muy divertido porque roza con la filosofía, uno está acostumbrado a ver como opuestos las ciencias naturales y la filosofía, pero la mecánica cuántica es uno de los casos en los que se cruzan.
Máquina cuántica desarrollada por Aaron O'Connell. Créditos: .En la mecánica cuántica existe una notación matemática que es muy poderosa. Al principio del siglo XX, investigadores como Albert Einstein, Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg empezaron a desarrollar una teoría matemática que sirviera para explicar los fenómenos más pequeños, y desarrollaron una muy buena que ahora puede predecir muchas cosas.
Sin embargo, la interpretación de esa teoría matemática todavía no está clara, precisamente por las cosas que suceden en el ramo más pequeño de lo no tangible. En el mundo más pequeño, nosotros ya no consideramos las partículas únicamente como partículas sino como ondas. Nosotros estamos acostumbrados a ver en un mundo macroscópico cosas que tienen masas que se mueven como si fueran partículas, con un lugar predeterminado, y también estamos acostumbrados a ver ondas, por ejemplo cuando nosotros tiramos una roca en un lago vemos cómo se forman las ondas, que son movimientos oscilatorios que se desplazan también.
Sin embargo, en el mundo microscópico los electrones se pueden desplazar como si fueran cuerpos más o menos definidos y también como ondas no definidas, tienen esa dualidad. Resulta bastante bonito porque, por ejemplo, imagínense que tienen dos piedras que tiran a un lago al mismo tiempo y se crean dos ondas que, cuando convergen, van a interferir una con la otra y va a haber puntos donde no se muevan, puntos donde se mueven más y al ser sumadas, las dos ondas crean una onda diferente.
En el mundo cuántico ocurre que los eventos se comportan como partículas o como ondas y como ondas se pueden sumar y crean una superposición. El famoso gato de Schrödinger tiene dos particularidades, puede estar vivo y puede estar muerto, por lo que se considera un ente cuántico. Ese es un estado que no es posible en el mundo macroscópico y es una cuestión bastante filosófica que tiene muchas repercusiones en cómo entendemos los sistemas más pequeños.
Precisamente tuve la oportunidad de hablar con algunas personas importantes porque es una pregunta que me desconcierta mucho y los científicos me dicen que lo que debo de hacer es dejar de preocuparme de eso y pensar en la teoría únicamente. Toda la ciencia tiene dos cosas, la fundamentación matemática y la interpretación de esa fundamentación; en la mecánica cuántica el método matemático es tan fuerte que no importa mucho lo que nosotros pensemos, pues si nosotros nos dejamos llevar por las matemáticas vamos a obtener el resultado correcto y, sin embargo, no sabemos qué es lo que pasa exactamente ahí.
Cuando nos enfrentamos a problemas que no tienen nada que ver con la experiencia resulta difícil interpretarlo, y ese es un problema muy famoso llamado el "problema de la medición" en la mecánica cuántica, que es lo que estamos enfrentando ahora.
Es divertido porque yo me di cuenta del problema hasta que empecé la maestría porque en los libros de texto es un tema que se evita. Parece ser que la generación posterior a los primeros fundadores de la mecánica cuántica decidió que ese problema era tan complejo y no tenía tanto sentido que era mejor no tratar sobre él, y la interpretación, que es un problema grande, se dejó para que los filósofos empezaran a razonar.
Ahora un grupo de personas, que regularmente somos jóvenes, se preocupa por esas cuestiones y me parece que es un aspecto que pronto va a volver a los libros de texto, o al menos lo espero.
Lo que yo hago son las aplicaciones directas, hacemos los cálculos matemáticos y obtenemos los resultados, pero entre nosotros siempre nos preguntamos qué es lo que sucede, de repente tenemos dos sistemas superpuestos que nos sirven para hacer una computadora cuántica y esa es nuestra meta, pero nos preguntamos después ¿y qué significa tener dos estados superpuestos? Aunque es algo que siempre está latente, nos enfocamos en lo que es útil para el momento.
AIC: ¿Cómo fue tu experiencia en la reunión con científicos galardonados con el Premio Nobel?
GCM: Fue bastante buena por varias razones. La primera es que pude ver a personas que están haciendo lo que yo hago en distintas formas, por ejemplo Serge Haroche recibió el Premio Nobel en 2012 porque logró controlar un tipo de imanes pequeños con luz y conocer hacia dónde se movían, lo que es un gran avance tecnológico; tuve la oportunidad de platicar también con Albert Fert, quien descubrió la magnetorresistencia gigante que es con la que nos basamos para hacer los discos duros y es una cosa muy similar a la que nosotros hacemos, los momentos magnéticos son como imanes pero más grandes.
En cuanto a aprovechamiento académico fue muy excitante pero también en términos motivacionales, porque fueron 67 premios Nobel que dieron conferencias donde expusieron lo que hicieron y cómo lo hicieron, pero no únicamente en torno a los cálculos o las cosas teóricas, sino también a su experiencia personal. Por ejemplo, nos contaban de la época en que estudiaban el posdoctorado, no tenían dinero y querían retirarse, pero tenían la ilusión de encontrar resultados y fue lo que los llevó finalmente a dar con ellos. Como éramos un montón de posdocs nos llegó al corazón, pues nos mostraron que la ciencia a veces no es fácil de hacer, pero que vale la pena hacerla.
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