«Si miras el mundo desde una perspectiva científica, no necesitas la

Impreso por Mª Ángeles Honrado Prieto. Prohibida su reproducción.
El Nobel Serge
Haroche, en la
Real Sociedad
Española de
Física en
Madrid. /
ANTONIO HEREDIA
EL MUNDO. SÁBADO 15 DE MARZO DE 2014
EM2
El pionero francés que ganó
el Nobel en 2012 por lograr
la observación de partículas
cuánticas ha comprobado que
a esta escala microscópica, la
materia no obedece a las leyes
deterministas de la Física
clásica. El mundo cuántico es
un universo impredecible que
podría permitir el desarrollo
de superordenadores y relojes
atómicos ultraprecisos
Entrevista
SERGE HAROCHE
«Si miras el mundo
desde una perspectiva
científica, no
necesitas la religión»
PABLO JÁUREGUI / Madrid
Serge Haroche (Casablanca, 1944) es el Cristóbal
Colón del Nuevo Mundo cuántico. Gracias a su trabajo pionero, hoy es posible mirar por la cerradura de este fascinante universo microscópico donde
la materia no obedece a las leyes deterministas de
la Física clásica. Junto con su colega estadounidense David J. Wineland, Haroche ganó el Nobel en
2012 por abrir la puerta a la exploración de este territorio enigmático, en el que es imposible predecir el comportamiento de las partículas elementales. El catedrático de Física Cuántica y actual director del Collège de France, en París, ha visitado
Madrid esta semana, invitado por la Real Sociedad
Española de Física y la Embajada de Francia, para
presentar los resultados de sus experimentos revolucionarios y sus potenciales aplicaciones futuras.
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EL MUNDO. SÁBADO 15 DE MARZO DE 2014
EM2 / CIENCIA
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Pregunta.– El jurado del Nobel le
otorgó este premio por «abrir la
puerta a la observación directa de
partículas cuánticas sin destruirlas». ¿Por qué es tan importante este hallazgo? ¿Qué vamos a encontrarnos tras abrir esta puerta?
Respuesta.– Es importante por
dos motivos. En primer lugar, para
entender mejor cómo funciona el
mundo microscópico, y por tanto satisfacer nuestra curiosidad sobre la
naturaleza del Universo. Pero además, este conocimiento podría permitir toda clase de aplicaciones que
todavía no podemos ni imaginarnos.
A esa escala, las leyes que obedece la
naturaleza son las de la física cuántica, que son muy diferentes de las leyes a las que estamos acostumbrados en el mundo macroscópico. Es
posible que podamos utilizar estas
leyes extrañas para conseguir cosas
que no podemos hacer según las leyes de la física clásica.
P.– Para los que no conocemos ese
extraño mundo cuántico, ¿podría
hacernos una visita guiada? ¿Qué es
lo que más le ha sorprendido?
R.– Muchas cosas que pueden parecer contradictorias en nuestra experiencia cotidiana no lo son en el
mundo cuántico. Por ejemplo, si lanzas una partícula hacia una pared
con dos agujeros, según las leyes clásicas de la Física tendría que elegir y
atravesar uno de los dos agujeros.
Pero según las leyes de la física
cuántica, un solo átomo o fotón atravesará ambos huecos a la vez. Esto
es algo que desde nuestra perspectiva convencional nos parece inconcebible, pero precisamente por eso tenemos que cambiar toda nuestra
mentalidad si queremos entender lo
que está pasando a esta escala microscópica. Hay que imaginar cosas
que apenas podemos describir, porque las palabras de nuestro lenguaje
convencional se acuñaron para describir la realidad clásica, pero no sirven para definir la realidad cuántica.
P.– Einstein rechazó la teórica incertidumbre de la mecánica cuántica con su célebre frase «Dios no juega a los dados». Ahora que usted ha
logrado observar partículas a esta escala, ¿ha comprobado que el mundo
cuántico es tan imprevisible como
predecía la teoría?
R.– Efectivamente, lo que hemos
demostrado es que las leyes deterministas de la Física, que eran la piedra
angular de esta disciplina en el siglo
XIX, ya no son válidas. Los físicos
clásicos creían que si conoces todas
las condiciones iniciales de cualquier
experimento en el Universo, podrás
calcular y predecir los resultados. Pero la Física cuántica invalida esta
idea. Un fenómeno cuántico se produce de manera aleatoria, y no se
puede predecir cuándo ocurrirá, sino que como mucho se puede estimar la probabilidad de que ocurra.
P.– Así que en este sentido, Dios sí
juega a los dados.
R.– Sí, porque no sabemos ni
cuándo se va a producir un fenómeno cuántico, ni sus resultados, como
cuando tiramos un dado. Pero esta
arbitrariedad que existe en el sistema cuántico desaparece cuando observamos objetos a gran escala en el
mundo macroscópico al que esta-
mos acostumbrados en nuestra vida cotidiana.
P.– ¿Esta idea de que «Dios juega a
los dados» tiene algún tipo de implicación filosófica o metafísica? Se lo
digo porque algunos autores se han
apoyado en la incertidumbre de la
mecánica cuántica para defender la
existencia de una dimensión sobrenatural de la realidad e incluso apoyar sus creencias religiosas.
R.– Todo esto me parece lamentable. Creo que la ciencia y la religión
no deberían mezclarse nunca, porque esto sólo nos lleva a la confusión. Por eso rechazo rotundamente
cualquier intento de aproximarse a
la ciencia desde una perspectiva religiosa, o de usar la ciencia para legitimar o reivindicar ideas religiosas.
bo el cerebro está compuesto de átomos, y para entender la estructura
de los átomos necesitas la física
cuántica. Pero aunque el sustrato del
cerebro sea cuántico, no creo que los
mecanismos del sistema neurológico lo sean.
P.– ¿Cree que la ciencia y la religión pueden ser compatibles, o considera como el darwinista Richard
Dawkins que la visión científica no
se puede reconciliar con la fe?
R.– Simpatizo bastante con las
ideas de Dawkins, aunque quizás él
va demasiado lejos, porque no se
puede demostrar la inexistencia de
Dios. Pero desde luego estoy convencido de que la religión y la ciencia son dos maneras de pensar que
provienen de dos regiones cerebra-
denador pueda existir. Creo que es
contraproducente transmitir la idea
de que la capacidad tecnológica ya
existe y que sólo necesitamos una
gran inversión económica para
construir un superordenador cuántico. La realidad es que hay muchas
cosas que todavía no entendemos
bien. Un superordenador cuántico
sería un aparato que podrías comprarte en una tienda y llevarte a casa, muchísimo más rápido y potente
que los ordenadores actuales. Pero
esto no lo veremos en un futuro próximo, y de hecho yo incluso dudo de
que alguna vez llegue a existir.
P.– También se ha hablado mucho
de la posibilidad de desarrollar relojes atómicos mucho más precisos
gracias a la investigación con partí-
Serge Haroche posa junto a la máquina con la que estudia partículas cuánticas en París. / AFP
UNIVERSO IMPREVISIBLE
APLICACIONES FUTURAS
«Los fenómenos
cuánticos son
aleatorios y no se
pueden predecir»
«Los futuros relojes
atómicos podrían
ser capaces de
predecir terremotos»
P.– Así que cualquier intento de
defender creencias como la existencia de un alma o mente separada del
cuerpo, apoyándose en el indeterminismo de la física cuántica, ¿le parece charlatanería pseudocientífica?
R.– Pues sí, francamente. No cabe
duda de que la comprensión de la
mente y la conciencia humana es
uno de los grandes desafíos científicos de este siglo, pero no creo que
los conceptos de la física cuántica sean relevantes en este campo.
P.– ¿Cree entonces que la física
cuántica no puede ayudarnos a desentrañar el funcionamiento del cerebro humano o a resolver el problema de si existe libre albedrío?
R.– Quizás pueda tener algún papel en el futuro porque al fin y al ca-
les diferentes, y considero que es
preferible mantenerlas separadas.
En mi caso, no soy religioso ni creo
en Dios, pero tengo colegas que sí lo
son y son capaces de mantener una
coexistencia entre su fe y su trabajo
científico, sin que esto interfiera con
la calidad de su investigación. Pero a
mí esto nunca deja de sorprenderme, porque creo que si miras el
mundo desde una perspectiva científica, no necesitas la religión.
P.– Dejemos entonces la metafísica y hablemos de las posibles aplicaciones de su trabajo. Se ha hablado mucho de la posibilidad de construir un superordenador cuántico
ultrarrápido. ¿Cuándo lo veremos?
R.– Estamos todavía muy lejos de
demostrar incluso que semejante or-
culas cuánticas. ¿Qué le parece esta
idea y qué avances permitiría esta
tecnología?
R.– En primer lugar, podríamos lograr sistemas de GPS entre 10 y 100
veces más precisos que los actuales.
Además, podríamos medir el campo
gravitatorio y la densidad de un territorio con mucha mayor precisión, lo
que abriría la puerta al hallazgo de
minerales e incluso la predicción de
terremotos. Pero para los físicos lo
más interesante sería instalar estos
relojes en satélites que permitirían
realizar ensayos eficaces para verificar la Teoría de la Relatividad.
P.– ¿Cuál sería el hallazgo futuro
de sus sueños?
R.– Mi sueño sería la construcción
de una máquina que permitiera rea-
lizar experimentos con fenómenos
cuánticos que no pueden observarse
con la física clásica. Un simulador
cuántico con 100 o 200 átomos que
pudieran controlarse, uno por uno,
para descubrir aspectos totalmente
desconocidos de la materia. Otro
sueño, aunque no tenga que ver con
mi propio campo, sería comprender
la materia oscura. La mayor parte de
la materia en el Universo es de este
tipo, pero seguimos sin entenderla.
Es uno de los grandes enigmas, y
por tanto uno de los grandes desafíos para comprender el origen y la
formación del Universo.
P.– Un año después de usted, Peter Higgs ganó el Nobel con
François Englert por el famoso bosón. ¿Qué le parece este hallazgo?
R.– Sin duda es un gran logro
porque era la pieza clave que faltaba para completar el Modelo Estándar de la Física que unifica todas las
fuerzas de la naturaleza. Además,
me parece un hecho esperanzador
para el futuro de la Humanidad que
se dedicaran suficientes recursos
como para construir un proyecto
tan ambicioso y faraónico como el
acelerador de partículas del CERN.
Es una hazaña fantástica en la historia de la tecnología y la inteligencia humana.
P.– ¿Y qué le diría a un escéptico
que considerara un despilfarro invertir millonadas en experimentos
sobre partículas cuánticas que posiblemente no tengan ninguna aplicación práctica en el futuro?
R.– Le diría que en primer lugar,
no todo puede juzgarse desde el prisma de la utilidad y los beneficios económicos. Al igual que existe el arte
porque el ser humano quiere satisfacer su sed de belleza, también existe
la ciencia porque necesitamos saciar
nuestra curiosidad. Pero en todo caso a los que no son capaces de entender esto y sólo piensan en términos utilitarios, también les diría que
la investigación básica siempre establece los cimientos sobre los que se
construyen aplicaciones futuras dentro de 25, 50 o 100 años. Hay muchísimos ejemplos: sin ir más lejos, las
tecnologías que se crearon para los
aceleradores del CERN han permitido el diseño de nuevos sistemas informáticos, el desarrollo de internet
y técnicas de diagnóstico médico.
P.– La ciencia española está pasando por un momento durísimo de
recortes por la crisis económica. Si
tuviera delante al presidente Rajoy,
¿qué le diría para convencerle de la
importancia de financiar la investigación básica?
R.– El mensaje fundamental sería
que necesitamos la ciencia para
afrontar todos los grandes desafíos
del futuro, y las ideas fundamentales
provienen precisamente de la investigación básica. En toda Europa,
nuestro recurso más importante es el
poder de nuestros cerebros. No tenemos petróleo ni energía barata, pero
tenemos grandes cerebros, y no podemos desaprovechar este gran recurso. En el caso español, me parece muy lamentable que un gran físico como Juan Ignacio Cirac, por el
que siento una gran admiración, esté trabajando en Alemania. Un país
no puede desaprovechar de esta
manera a sus grandes cerebros.
Impreso por Mª Ángeles Honrado Prieto. Prohibida su reproducción.
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EL MUNDO. SÁBADO 15 DE MARZO DE 2014
EM2 CIENCIA / EM2
El desafío de
‘ver’ átomos
El trabajo de Haroche ha superado
el reto de observar el mundo cuántico
ANTONIO RUIZ DE ELVIRA
Vistas desde fuera, las cascadas de
agua son sábanas continuas de líquido. Pero dentro de ellas nos vemos
rodeados de gotas iridiscentes. El
agua, ¿es continua o discreta? Nuestro mundo nos puede parecer continuo, pero es discreto. En cada habitación de una casa, hay unos mil billones de billones de moléculas de
oxígeno y nitrógeno, cada una con
dos átomos; y relativamente a su tamaño, cada una tan lejos de la otra
como si estuviesen en las dos porterías de un campo de fútbol. Muy pequeñas y muchas. Cada una se mueve a unos 2.000 km/h, y al chocar
contra nuestra piel, nos mantienen
a una temperatura de unos 22ºC.
Es un mundo real, esencial (respiramos esas moléculas) pero invisible, indetectable por los sentidos
humanos. ¿Cómo se comportan
esos átomos, cómo están hechos,
que sabemos de ellos? Para ver o
detectar cualquier objeto, necesitamos que de él salga algo que llegue
a nuestros medidores (a nuestros
ojos, por ejemplo). Del sol sale luz,
pero para ver la Luna, es preciso
que la luz solar llegue a ella y de ella
a nosotros. ¿Con qué podemos iluminar un átomo, o algo aún más pequeño, uno de sus electrones, para
verlo (medirlo)?
Imaginemos que utilizamos olas
del mar. Si lanzamos una ola contra
un barco de juguete, éste desaparece dentro de la ola y no sabemos
más de él. Esas olas sólo nos sirven
para ver (medir) objetos muy grandes, barcos de verdad, por ejemplo,
que detectamos cuando reflejan o
modifican las olas que chocan contra ellos o pasan a su alrededor. Si
queremos ver objetos pequeños, tenemos que concentrar la energía de
que disponemos en olas cada vez
más pequeñas, y éstas, que ahora
no cubren al barco de juguete, tienen tanta energía que lo destrozan.
Los átomos del microscópico
mundo cuántico son mucho menores que la luz que ven nuestros
ojos. Esta luz no sirve para verlos.
Pero si utilizamos luz de ondas más
pequeñas, su energía es tal que desplazan los objetos atómicos de las
posiciones y velocidades que tenían, de manera que ya no medimos lo que queríamos medir. Este
es el principio de indeterminación
de Heisenberg: no hay en la naturaleza nada tan pequeño y carente de
energía que nos permita ver los objetos atómicos sin cambiar sus posiciones y velocidades.
En nuestra vida diaria, la luz, o
los campos magnéticos, son tan ligeros y de tan baja energía, relativa
a nuestros movimientos, que podemos ver y medir velocidades de los
objetos sin modificar sus posiciones
instantáneas. La física macroscópica es normal porque las energías de
interacción son pequeñas, relativamente a lo que interacciona.
En este sentido, la obra de Serge
Haroche es seguir la dirección inversa a la habitual: en vez de tratar de
Cuando acercamos nuestros ojos a
la arena de playa, vemos que la superficie continua son granos individuales. Nuestros coches se mueven
de manera ordenada en las carreteras, pero en las ferias, los coches de
choque se mueven aleatoriamente
como los electrones en el canal de
conducción de un cable de cobre.
Podemos engarzar dos de esos
electrones, o dos fotones de los que
usa Haroche, en estados complementarios, por ejemplo un cubo y
una pirámide. Metemos ambos en
cajas exactamente iguales, y las movemos con los ojos cerrados. Siguen
siendo un cubo y una pirámide, pero no sabemos qué caja contiene a
cada uno. Una vez engarzados (metidos en cajas idénticas y opacas),
¿Hemos violado la ley de Einstein?
¿Hemos transmitido información
más rápidamente que la luz? De
hecho no es así. La partícula en
Nueva York no está en dos estados,
sino en un estado determinado,
desconocido, que conocemos mediante la información a priori que
tenemos de que si vemos un cubo,
la otra partícula sólo puede ser una
pirámide: mezclamos dos informaciones locales para saber lo que
ocurre lejos. Haroche ha hecho estos experimentos. Las mezclas son
aleatorias. Sólo sabemos cuáles son
los estados de los sistemas cuando
destruimos los engarces. Einstein
perdió su apuesta con Bohr. Dios sí
juega a los dados.
El engarce entre dos partículas
Niels Bohr y Albert Einstein, en 1925, durante la Conferencia Solvay de Física en Bruselas. / EL MUNDO
RETO TECNOLÓGICO
AVANCES FUTUROS
«Los átomos son
mucho menores
que la luz que ven
nuestros ojos»
«Es un gran paso
hacia la creación de
ordenadores mucho
más rápidos»
ver algo tan efímero y volátil como
los fotones de ondas más largas que
las de la luz, los detectan como un
barco grande detecta olas pequeñas,
gracias al movimiento pendular que
esas pequeñas olas le producen.
En nuestro mundo macroscópico
una buena tormenta es una sábana
de agua, pero lo que sentimos son
gotas individuales que nos golpean.
no es posible saber, sin destruir las
cajas, qué caja tiene el cubo, y cuál
la pirámide. Las separamos, y mandamos una a París, y la otra a Nueva York. En París deshacemos el
engarce, abrimos la caja y ésta lleva dentro un cubo. Instantáneamente sabemos, antes de que nos
llegue cualquier señal desde Nueva
York, que la de allí es una pirámide.
podría permitir el diseño de ordenadores mucho más rápidos que los
actuales, pues vemos que se puede
transmitir información a las inmensas velocidades del nivel atómico.
Los trabajos de Haroche son un
gran avance en esa dirección.
Antonio Ruiz de Elvira es catedrático
de Física en la Universidad de Alcalá.
APUNTE LEGO
JULIO
MIRAVALLS
Espías y
criptografía
Una de las recientes revelaciones
del espía Edward Snowden señalaba que la NSA (Seguridad Nacional USA) tiene un proyecto de casi
80 millones de dólares llamado
«penetrando objetivos sólidos». La
NSA pretendería crear una computadora cuántica con fines criptográficos y encargó la investigación
a LPS un laboratorio de física en
College Park, Maryland.
Mientras, la compañía D-Wave
ya le ha «vendido» un ordenador
cuántico a Google. Se trata de una
empresa fundada en 1999 en Burnaby, Canadá, dedicada a la computación cuántica, que tras casi seis
años de trabajo teórico empezará a
desarrollar un hardware basado en
lo que llaman modelo adiabático
(proceso termodinámico sin intercambio de calor con el exterior).
Es complicado, ya. El procesador
cuántico trabaja a nivel de cada átomo. El caso es que D-Wave ha convencido a inversores por más de
130 millones de dólares de capital
riesgo, tiene un centenar de empleados y dice disponer de un procesador de 512 Qubits (Qubit: unidad
cuántica equivalente al bit). Cuando
Google se asoció con D-Wave en
2009 desarrollaban uno de 128 Qubits. Lo que quería el buscador era
una máquina capaz de identificar
objetos en imágenes, para un sistema de clasificar coches. ¿Funciona?
Pues desarrollaron y entrenaron un
algoritmo que ya no necesita correr
en un ordenador cuántico. Funciona
en uno convencional.
Todo este arcano de la computación cuántica es muy críptico. En la
Universidad de Nueva Gales del Sur
(Australia) reclamaban hace año y
medio haber desarrollado «el primer
Qubit, un átomo, en un chip de silicio», lo cual añade otro punto desconcertante. Pero el líder científico
del proyecto, Andrea Morello, lo explica con mucho arte (merece la pena verlo en YouTube: busquen
Quantum bit y salen unos cuantos vídeos muy didácticos. En inglés. Se
siente). Una de las cosas que Morello deja claro es que «la computación cuántica no va a ser un reemplazo de la tradicional», aunque la
capacidad del Qubit, con su propiedad de «superposición» (poder estar simultáneamente, con diversos
porcentajes, en sus valores equivalentes a cero y uno, spin down y
spin up) multiplica exponencialmente por el número de átomos su
capacidad combinada de cálculo
para operaciones complejas. Pero
«para mirar un vídeo, ver internet
o escribir un documento no ofrece
ninguna ventaja», advierte Morello.
Me temo que este lego no catará un ordenador cuántico...
Twitter: @JulioMiravalls