Por primera vez en la historia un átomo fue teletransportado

"Teletransportación, Scotty..."

Hace tres décadas la serie de ciencia ficción Viaje a las Estrellas inauguraba una de las fantasías más cautivantes que puedan concebirse en materia de avances tecnológicos: la posibilidad de enviar un cuerpo de un lugar a otro... sin moverlo, es decir, codificándolo en un lugar, decodificándolo y reconstruyéndolo en otro. En efecto, la nave Enterprise era capaz de trasladar a los miembros de la tripulación a un planeta lejano, desintegrarlos en átomos, que eran transmitidos a través de un haz de láser, para luego volver a armarlos en el lugar de destino.

Hoy, dos trabajos de investigadores austríacos y norteamericanos que se publican en la tapa de la revista Nature afirman haber logrado, por primera vez en la historia, algo un poco más prosaico pero igualmente fascinante: teletransportaron un átomo.

Claro, no "teletransportaron" una persona, ni siquiera una bacteria. Y tampoco lo enviaron muy lejos, apenas a cinco micrones (milésimas de milímetro) de distancia. Sin embargo, el logro constituye toda una proeza desde el punto de vista de la física.

"Lo que hicimos fue transferir la información cuántica contenida en un átomo a otro -explica, a través del correo electrónico, el doctor Rainer Blatt, jefe del Institut für Experimentalphysik de la Universidad de Innsbruck y del Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, de la Academia Austríaca de Ciencias-. No es el tipo de fenómeno de "Viaje a las Estrellas" , pero el resultado, al menos para un único átomo, es similar.

En los relatos de aventuras, la teletransportación sirve para escapar instantáneamente de un enemigo y hasta para saltar a un universo paralelo. Los físicos, en cambio, designan con este término la "transferencia de estados cuánticos entre átomos separados". El estado cuántico de un átomo describe sus propiedades físicas, tales como el campo magnético o su energía.

"La idea de la teletransportación fue propuesta originalmente en 1992 por un grupo de cinco teóricos -cuenta Juan Pablo Paz, físico de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA-. Es una de las maravillas que permite la mecánica cuántica."

Hace exactamente 24 meses, investigadores de la Universidad Nacional de Australia (ANU), en Canberra, habían logrado teletransportar un mensaje contenido en un haz de rayo láser de una mesa de laboratorio a otra. En el proceso, el rayo láser resultó destruido y se creó una réplica exacta a un metro de distancia.

Lo singular de este experimento es que los científicos lograron "transportar el estado de un átomo -que es una partícula material, con masa- a otro", explica el doctor Marcos Saraceno, de la Comisión Nacional de Energía Atómica.

Universo subatómico

El interés en la teletransportación reside en hazañas menos fantásticas que las de "Viaje a las Estrellas", pero si llegara a dominarse, creen los científicos, podrían desarrollarse computadoras tan rápidas en el procesamiento de datos que, en comparación, los modelos actuales parecerán tan lentos como ábacos. Algunos pronostican que serán entre un millón y mil millones de veces más rápidas que la mejor computadora disponible en la actualidad.

Claro que para eso hay que dominar las extrañas y fantásticas leyes de la mecánica cuántica, que rige el universo subatómico, y según la cual las partículas pueden comportarse como ondas y las ondas como partículas. Es más, a escalas microscópicas, hacer una medición es alterar un sistema, usualmente para siempre.

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que, también a escalas microscópicas, cuanta mayor precisión se tenga en medir la posición de una partícula, menor precisión se tendrá para determinar su velocidad, y viceversa.

Según Blatt, el estado cuántico de un átomo es todo lo que se puede saber acerca de ese sistema; en la teletransportación se transfiere a otro idéntico en un lugar diferente mientras el átomo inicial "pierde" su memoria.

"En mecánica cuántica existe la posibilidad de tener una superposición de estados, lo que, pensando en la computación cuántica, se traduciría como una mezcla de ceros y unos -afirma Saraceno-. Sería algo así como un estado en el cual uno no está ni en el cero ni en el uno, o está en ambos a la vez."

Para explicar las peculiaridades del zoológico subatómico, Saraceno recurre a la célebre paradoja del gato de Schrödinguer: "Hay un gato en una caja. Si nadie lo mira, no se sabe si está vivo o muerto, que es como si estuviera vivo y muerto a la vez. Pero si alguien lo mira, sólo puede estar vivo o muerto".

Física enloquecida

Un átomo puede estar en su estado fundamental o en un estado excitado. Pero también puede estar en un estado de superposición. "Para la teleportación -dice Saraceno-, si se toma el átomo como si fuera un cero o un uno, de lo que se trata es de transferir ese estado a otro átomo. Y si uno quiere transmitir un estado de un sistema cuántico a otro, lo que habría que hacer es medirlo y después transmitir la información. El problema es que cuando uno lo mide, lo destruye. Lo que han logrado acá es transportar el estado sin medirlo. Y lo hicieron utilizando una propiedad cuántica: el entrelazamiento (entanglement). Es una condición de dos átomos en los cuales ninguno está en un estado determinado."

Para su experimento, los investigadores utilizaron tres átomos y los enfriaron a una temperatura cercana al cero absoluto, hasta detenerlos en el espacio. Después, les cambiaron los estados con pulsos láser.

Pusieron dos en un estado entrelazado, y el tercero, ya sea en estado excitado o fundamental. Este último es el que iría a teletransportarse.

"La prueba del éxito es que el estado de ese tercer átomo apareció en uno de los dos que estaban entrelazados", afirma Saraceno.

Y enseguida agrega: "Lo importante de este trabajo es que para operar una computadora cuántica se necesita combinar precisamente lo que han demostrado estos investigadores. Es decir, que pueden preparar un estado, apretar un botón de esa enorme máquina y transmitirlo. La mecánica cuántica preveía teóricamente que estas cosas eran posibles, y ahora se demostró que efectivamente se puede hacer. Claro que para construir materialmente una computadora cuántica se necesistaría no un átomo, sino quinientos, o cinco mil. Y cuantos más átomos uno quiere controlar, más difícil se hace mantener los estados. La interacción con el medio ambiente destruye el entrelazamiento e impide que la computadora funcione. Por eso, haberlo hecho con tres átomos ya es un logro muy grande".

Por Nora Bär

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