cien años de física cuántica

Serge Haroche: "Lamento que el Nobel sea individual y mis colegas no lo hayan recibido"

Hace un siglo, el alemán Max Planck ganó el Nobel de Física por descubrir la mecánica cuántica. Haroche hizo lo propio en 2012 por llevar sus teorías a la realidad del laboratorio

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Hace justo un siglo, el premio Nobel de Física fue a parar al alemán Max Planck por su descubrimiento de la teoría cuántica. En aquella época, los microscopios no daban más de sí pero los científicos ansiaban saber qué habría más allá del átomo, así que tuvieron que tirar de imaginación y probabilidades. Durante décadas, todo lo que llevaba la etiqueta cuántico era apenas un juego mental ideado por un físico teórico, pero en los años noventa, Serge Haroche (Casablanca, 1944) y sus colegas lograron trasladar esas entelequias a un laboratorio y hacerlas realidad.

Este francés, condecorado en 2012 con el mismo premio que Planck, demostró por primera vez la decoherencia cuántica: ese chispazo por el cual el mundo cuántico se desvanece y vuelve a su comportamiento 'clásico'. Esto sería clave para empezar a construir una entelequia aún mayor: el ordenador cuántico.

Este verano, Haroche ha pasado por Valencia para participar como jurado en los Premios Rey Jaime I, una oportunidad inmejorable para abordarle bajo una de las palmeras del patio central del hotel donde se aloja.

Pregunta. Leyendo su biografía, usted era un joven estudiante en el París de mayo del 68, ¿qué recuerdos guarda de aquel momento, cuando era un físico de 22 años?

Respuesta. Oh, lo recuerdo muy bien, fue una época muy excitante, todo estaba cambiando y había mucha agitación en las calles. Mi 'background' era tirando a izquierdista por lo que estaba feliz de ver a De Gaulle pasar apuros, aunque reconozco que la situación era algo más complicada de lo que yo veía, por todo lo que estaba pasando en otros lugares como Checoslovaquia. Pero al menos en Francia fue un momento de fiesta, exhuberancia y alegría.

P. Pero todo aquello no se reflejaba dentro de los laboratorios, ¿no? No hubo un mayo del 68 para la ciencia.

R. No, en realidad entonces hubo un impulso a la ciencia por parte del gobierno. De Gaulle decidió hacer de Francia una potencia científica, desarrolló el CNRS, desarrolló la investigación nuclear porque quería que el país tuviera armas... hubo un incremento presupuestario, aunque en aquella época yo era un estudiante y no tenía interés alguno en el aspecto financiero de la ciencia. Había dinero suficiente en mi laboratorio para hacer lo que quería.

Serge Haroche, Nobel de Física 2012 (FRJI)
Serge Haroche, Nobel de Física 2012 (FRJI)

P. Usted siempre ha defendido una investigación sin objetivos inmediatos.

R. Guiada por la curiosidad. Creo que es obvio que es importante, que debe ser protegida y debe ser financiada adecuadamente.

P. Todo gran científico piensa como usted, ¿pero cómo puede hacerlo un científico joven presionado con pedir becas, con publicar, con levantar dinero? ¿De qué le sirve ese apoyo general a la investigación básica?

R. Creo que está mal. Los científicos jóvenes, si son considerados muy buenos, deberían tener presupuesto para empezar, al menos empezar, su investigación y no tener que preocuparse de pedir becas. Lleva mucho tiempo y además ahora las posibilidadades suelen ser bajas, por lo que tienen que andar escribiendose propuestas los unos a los otros hasta que una sea exitosa. Esto es todo mucho tiempo, y las grandes instituciones se distinguen por seleccionar a este talento joven y protegerlo, al menos durante unos años, de tener que hacer este tipo de cosas o exigir resultados demasiado pronto. Si un proyecto es arriesgado hay muchas opciones de que no salga lo que buscas.

P. Especialmente en física cuántica, su área de estudio.

R. Las consecuencias de todo esto es que ocurren muchas cosas malas. Hay una tendencia a exagerar lo que estás haciendo, prometer cosas que... bueno, en primer lugar no deberías prometer. Todo se convierte en una especie de juego pero no es muy saludable. Si ya has construido tu reputación está bien, pero cuando empiezas...

P. Desde que ganó el Nobel, ¿cuántos cientos veces le hemos preguntado los periodistas por el ordenador cuántico? No es que nos inquiete, es que es difícil relacionar la investigación mecánica cuántica con aplicaciones concretas...

R. Sí, eso es verdad. Y yo siempre les doy la misma respuesta: no sé si alguna vez habrá un ordenador cuántico, estamos muy lejos, no está claro ni siquiera si podrá hacerse. Tengo reservas muy fuertes sobre lo que podrá acabar siendo. Mientras tanto estamos haciendo mucha investigación básica y están saliendo cosas, no ordenadores cuánticos pero sí nuevos dispositivos de comunicación, sensores, simuladores... muy importantes e interesantes, aunque no resulten directamente en productos comercializables.

P. Una de las grandes aplicaciones cuánticas ahora mismo está en los átomos ultrafríos o los condensados de Bosé-Einstein, que se volvieron una realidad hace 20 años gracias a su trabajo.

R. Todo esto fue predicho por Einstein hace 90 años. Nadie creía en ello, tuvieron que pasar 70 años hasta que estos condensados funcionaran y ahora están apareciendo las ramificaciones.

P. Suele comentarse que Schrödinger y usted hicieron cosas parecidas, sólo que él las planeó teóricamente y usted las llevó a la práctica. Es decir, él imaginó lo del gato y usted lo puso en el laboratorio.

R. Por supuesto, Schrödinger es un físico muy conocido y ser relacionado con él es siempre positivo. La historia del gato se ha convertido en una metáfora de la física que nosotros hacemos, pero es muy diferente. Schrödinger era un teórico y como físico tuvo una vida muy dramática, fue uno de los fundadores de la física cuántica, pero no le gustaba el espíritu de lo cuántico, no le gustaba que la mecánica cuántica estuviera basada en probabilidades, no le gustaba la noción del salto cuántico, el hecho de que el sistema aprendido pueda cambiar en momentos aleatorios, que nadie pueda predecir cuándo ocurrirán.

Planck (primera fila izquierda, sentado, calvo con bigote) Schrödinger (de pie, en medio con levita gris) y Einstein (primera fila, sentado en el centro) en la Conferencia de Solvay de 1927.
Planck (primera fila izquierda, sentado, calvo con bigote) Schrödinger (de pie, en medio con levita gris) y Einstein (primera fila, sentado en el centro) en la Conferencia de Solvay de 1927.

Además está el hecho de que pensaba que nadie sería capaz de manipular partículas simples, sólo pretender que lo hacemos en experimentos mentales, pero al final es lo que se está haciendo ahora, no solo yo sino todos los que trabajan en estos sistemas. Estamos viendo con nuestros propios ojos aquello que a Schrödinger no le gustaba. Pese a esto, él tenía ideas fantásticas y su ecuación es la que todavía usamos todos. Hasta cierto punto, es el mismo problema que tenía Einstein con la física cuántica.

P. Entraron en territorios no explorados y entraron en pánico.

R. Se pasaron la vida atacando aquellas teorías que ellos habían ayudado a desarrollar. Es una historia dramática, pero a día de hoy sus ideas y sus herramientas siguen ahí, seguimos usándolas.

P. Lo cierto es que lo del gato de Schrödinger se ha hecho muy popular. ¿Cree usted que la gente entiende realmente lo que significa?

R. La idea que hay detrás es que tú no puedes hablar del estado de un sistema cuántico antes de medirlo. Esto ocurre todo el tiempo en el mundo microscópico.

P. Quería preguntarle por eso. Vamos magnificando lo que vemos con el microscopio, cada vez más pequeño, más pequeño hasta que... ¡Hop! De repente entramos en el mundo cuántico y todo se rige por otras reglas. ¿Pero cómo es esa frontera, sabemos hoy más sobre ella?

R. Lo que sabemos es que no hay un límite claro. La física cuántica es una ley de la naturaleza que describe que los sistemas pueden estar en un estado totalmente cuántico, pero es difícil aislar un sistema cuántico del resto del mundo. Ese es el reto de los físicos experimentales, aislarlo lo mejor que podamos para observar su comportamiento. Pero en cuanto este sistema se acopla con el mundo exterior ya no puedes mantener ese enredo con el mundo cuántico y se produce lo que llamamos decoherencia, cuando toda propiedad cuántica se pierde.

Este es el problema con el ordenador cuántico, porque el ordenador sería un gran sistema protegido del mundo exterior pero al mismo tiempo quieres comunicarte con él, por lo que tiene que ser un sistema aislado y conectado a la vez. Esta paradoja complica mucho su desarrollo, hay que encontrar atajos inteligentes con los tipos adecuados de algoritmo y, al mismo tiempo, asegurarte de no tener acoplamientos.

El D-Wave 2X, último intento de IBM por hacer un ordenador cuántico. (Reuters)
El D-Wave 2X, último intento de IBM por hacer un ordenador cuántico. (Reuters)

La clave de la física cuántica es que los sistemas se vuelven más y más cuánticos cuando la temperatura baja, así empezó la física cuántica. Si miras a algo con temperaturas muy altas, la radiación tiene propiedades que puedes explicar con la física clásica, pero si lo vas enfriando aparecerán características en el espectro de la radiación del cuerpo negro que no puedes explicar con las normas clásicas. Por ejemplo, la superconductividad es un efecto cuántico a baja temperatura, y si haces un ordenador cuántico con qubits tendría que estar a una temperatura muy baja. No es fácil manejar este tipo de temperaturas tan bajas, no podrías tener algo así en casa, es un aparato de investigación.

P. Este tipo de temperaturas superbajas, de -273ºC, se logran gracias a los lásers, cuya aparición creo que coincidió con el inicio de su carrera científica.

R. Sí, tuve suerte de empezar en aquel momento y de haber visto el desarrollo del láser en los últimos 50 años.

P. ¿Sigue siendo tan relevante o ha sido sustituido por otra tecnología?

R. Sigue siendo una herramienta fantástica. Todo el mundo ha escuchado sobre el descubrimiento de las ondas gravitacionales. Eso se hizo gracias a un láser cuya sensibilidad es absolutamente fantástica para detectar el desplazamiento de espejos que son una mil millonésima parte del tamaño de un átomo a lo largo de 4 kilómetros.

Ahora se usan también en relojes atómicos, encierras un láser y cuentas la luz para obtener relojes con una precisión hasta cinco veces mejor que la de los mejores relojes atómicos que actualmente se usan para el GPS. Estos relojes son varios órdenes de magnitud mejores que los relojes de cuarzo que teníamos hace 50 años. Antes se atrasaban un segundo por año, ahora hablamos de una décima de segundo cada 13.000 millones de años, la edad del universo.

Haroche, durante su estancia en Valencia (FRJI)
Haroche, durante su estancia en Valencia (FRJI)

P. ¿Es fácil seguir investigando después de ganar el Nobel? Porque ahora le reclaman para jurados, congresos, eventos, ceremonias...

R. Es cierto que paso demasiado tiempo en estas cosas y me pregunto si es bueno o no. Me dieron el Nobel casi al final de mi carrera, con 68 años, porque el College de France te da la jubilación a los 70. No tuve que dar más clases, pero dirijo un grupo de investigación y tras el premio he seguido yendo a las reuniones, participando en los estudios, en la redacción de artículos... pero ahora estoy apartándome un poco de todo eso.

P. ¿Sólo por la edad?

R. Por dos razones. Por un lado, porque como usted ha dicho, paso mucho tiempo fuera y también porque creo que es bueno para ellos que se les reconozca por el trabajo que están haciendo, no que estén ensombrecidos por mí. Algo que lamento es que el Nobel sea un premio individual y que haya varias personas con quienes trabajaba que no lo hayan recibido, aunque no era posible porque hubo que compartirlo con David Wineland, que tuvo exactamente el mismo problema con su grupo.

P. Puede decir sus nombres, ¡así al menos aparecerán reconocidas en algún lado!

R. Mi grupo son Jean-Michel Raimond y Michel Brune. Tengo que agradecer que ellos siempre se lo tomaron bien, orgullosos, felices, sin amargura, nunca tuvimos un problema por ello. Pero en mi fuero interno pienso que ojalá hubiera sido compartido.

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