De la pasión por los puzzles a desentrañar los misterios de la física cuántica

“En los últimos años del colegio me di cuenta de que resolver un problema matemático o físico me producía el mismo sentimiento que resolver un puzle o adivinar quién era el culpable de mis historias detectivescas favoritas”, cuenta Curran con nostalgia. “Por eso empecé a estudiar Física”. Ahora está feliz de haber encontrado en la profesión de investigadora no solamente la manera de resolver acertijos, sino incluso de crearlos. “¡Y lo mejor de todo es que todavía nadie conoce las respuestas!”, añade con entusiasmo.

Nacida en Irlanda y graduada en Física teórica por la Universidad Colegio Dublín (UCD), se decantó por la intrigante física cuántica después de realizar unas prácticas en el prestigioso Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena (Austria). Ahora su doctorado se centra en los fundamentos de la teoría de la información cuántica, tratando temas tan profundos como los efectos de las mediciones o la naturaleza probabilística de esta área de la física.

La base del indeterminismo cuántico

Curran admite que la física cuántica es difícil de comprender porque difiere de nuestra intuición desarrollada a partir de la observación del mundo que nos rodea, un mundo regido por otras leyes, la llamada física clásica. En la teoría cuántica no se pueden hacer predicciones con total seguridad, sino que solamente se puede aspirar a conocer con qué probabilidad aparecerá un resultado u otro. Este es seguramente uno de los aspectos que más malentendidos ha suscitado entre el público general. 

“¿Qué tipo de leyes físicas experimentamos en nuestro día a día?”, se pregunta la investigadora. “Por ejemplo, la gravedad: manzanas que caen de los árboles. Esto no es probabilístico, no hay posibilidad de que algún día la manzana caiga hacia arriba. Sin embargo, dentro de la teoría cuántica, incluso si supieras absolutamente todo sobre el mundo en este momento exacto, todavía no podrías decir qué pasaría después. Se trata de un indeterminismo realmente fundamental”.

Esta aleatoriedad no tiene nada que ver con la falta de conocimiento o las limitaciones tecnológicas. Por ejemplo, al lanzar una moneda saldrá cara o cruz con un medio de probabilidad. Pero, en realidad, si pudiéramos reunir toda la información inicial (la fuerza con la que tiramos la moneda, el viento del momento, etc.) se podría predecir al 100 % qué acabaría sucediendo. Según cuenta Curran, en el mundo clásico (la vida cotidiana) la aleatoriedad surge porque no existen instrumentos que puedan medir infinitamente bien. Antes, los físicos creían que cualquier incertidumbre provenía de la falta de precisión tecnológica, que en el fondo todo estaba predeterminado.  En cambio, “cuando llegó la cuántica, esta nos dijo que no, que incluso con una máquina que pudiera medir a la perfección no podríamos adivinar el resultado de nuestro próximo experimento. Así, la probabilidad emerge inevitablemente”.

“La cuántica nos dijo que incluso con una máquina que pudiera medir a la perfección no podríamos adivinar el resultado del próximo experimento”

El desconcertante fenómeno de la medida

Muchas veces se menciona que en física cuántica no puedes saber la posición de una partícula hasta que no la mides. “De hecho, no es que no sepas la posición de la partícula antes de medirla, sino que ni siquiera puedes decir que la partícula tenga una posición en primer lugar”, puntualiza la física. Esta ignorancia previa al experimento cuántico es diferente a lo que sucede en nuestra experiencia diaria. Por ejemplo, cuando desconoces tu peso y decides subirte a una báscula para descubrirlo “no conoces la información hasta que aparece en ella, pero la acción de medirte no cambió tu peso ni nada en ti”. Sin embargo, en la física cuántica realizar mediciones (como pesarse) sí tiene un efecto significativo en el sistema.

“Es como si directamente un sistema no tuviera una propiedad hasta que no la mides. Imagina un interruptor de luz que puede estar hacia arriba o hacia abajo. Clásicamente supondríamos que medirlo simplemente verificará si este se encuentra abierto o cerrado, no tendrá ningún efecto más allá de certificar su situación. Pero si se tratara de un interruptor cuántico, antes de mirarlo no es que no sepas si está arriba o abajo, sino que no tiene esta cualidad de ninguna manera significativa. Es una vez que revisas el interruptor de luz, una vez lo mides, que este se ve obligado a tomar una posición: arriba o abajo”, explica Curran.

“Es como si un sistema no tuviera una propiedad hasta que no la mides”

Este proceso según el cual un sistema cuántico se ve obligado a definirse tras una medida se denomina colapso. Saber cómo se produce este fenómeno y qué es lo que realmente sucede en ese preciso instante es algo sobre lo que muchos físicos cuánticos discutirían largo y tendido sin llegar a consenso alguno.

Lo que sí se conoce a la perfección, según afirma la investigadora, es que “cualquier acto que sea capaz de influir en el sistema provoca el colapso”, ya sean partículas de luz, el aire o residuos en el ambiente. Esta fragilidad lleva tiempo siendo un auténtico quebradero de cabeza para los ingenieros y físicos experimentales que tratan de trasladar las propiedades cuánticas a la tecnología, algo que de conseguirse revolucionaría por completo el paradigma actual.

Curran considera que existe una especie de equilibrio entre la fragilidad de los sistemas cuánticos (cualquier interacción con el ambiente provocará el colapso, borrando su indeterminación original) y su naturaleza probabilística (algo con potenciales aplicaciones en muchas áreas, especialmente en criptografía). Con todo, ella se muestra atraída por esta ironía: “Eso es lo interesante de la cuántica. Tiene algunas propiedades que pueden obstaculizarnos, algunas que pueden ayudarnos y será en las próximas décadas cuando veremos hasta dónde puede llevarnos”.

Laia Serradesanferm Córdoba estudió física en la Universidad Autónoma de Barcelona y posteriormente cursó el máster “Quantum Science and Technology” ofrecido por la Universidad de Barcelona. Ahora, siguiendo su pasión por la divulgación y la comunicación científica, se está especializando en este campo a través del Título de Experto “Comunicación Pública, Divulgación de la Ciencia y Asesoramiento Científicos” ofrecido por la Universidad Autónoma de Madrid.

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