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Física cuántica

Un Nobel con esencia canaria

Las Islas acogieron en 2012 un experimento crucial para la comunicación cuántica

El Teide, en Tenerife. Shutterstock

Canarias ocupa un hueco especial en los premios Nobel de este año. No en vano, un experimento llevado a cabo en 2012 entre los Observatorios del Teide (Tenerife) y el Roque de los Muchachos (La Palma) es lo que ha permitido a uno de los laureados, Anton Zeilinger, conseguir el reconocimiento de la Academia de Ciencias. Y es que aquellos trabajos que se realizaron en el Archipiélago hace una década fueron indispensables para ratificar el potencial de una de las tecnologías más prometedoras del futuro y por ello galardonada con el Premio Nobel de Física 2022: la comunicación cuántica.

El experimento llevado a cabo en Canarias por Zeilinger batió un récord mundial

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El reino de las partículas diminutas esconde cada vez menos secretos para los científicos, y los conocimientos del mundo cuántico son ahora motivo de orgullo para la Física. John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger fueron el martes galardonados por sus aportaciones para la comunicación cuántica con el Premio Nobel de Física tras conseguir el reconocimiento de la Real Academia de Ciencias de Suecia. Los premiados también recibirán 10 millones de coronas suecas, unos 930.000 euros.

Fue precisamente Anton Zeilinger quien, después de realizar varios experimentos exitosos en laboratorio se interesó por replicarlos en los observatorios de Canarias. Zeilinger ya había demostrado que si se separaban dos partículas cuánticas "entrelazadas" a poca distancia y se cambiaba el estado de una de ellas, la otra adoptaría esa misma propiedad pero de manera opuesta.

Cuando una partícula está entrelazada a otra, están unidas por una especie de destino cuántico de ambas. Para entenderlo puede imaginar que tiene dos pelotas de colores. Cada una está separada en una habitación distinta y no se tocan. Ambas se encuentran teñidas de una mezcla de azules y verdes. Sin embargo, basta con mirar a una de ellas para que ambas se vuelvan verdes al unísono. Ese efecto, imposible en la física clásica, es lo que se conoce como «estado entrelazado» que es uno de los principios de la mecánica cuántica. Por tanto, las partículas de Zeilinger cumplían estos requisitos incluso estando a metros de distancia. Pero, ¿y si lo pudieran hacer también a kilómetros y sin tocarse?

"Zeilinger quiso aprovechar la tecnología láser de los observatorios de Tenerife y La Palma, para demostrar lo que posteriormente se conoció como teletransportación cuántica; el motivo por lo que ha sido reconocido", explica el físico cuántico de la Universidad de La Laguna, Rafael Sala. Zeilinger y su equipo de Austria, Canadá, Alemania y Noruega, pasaron casi un año instalados en las Islas, haciendo uso de la Estación Óptica de Tierra de la Agencia Espacial Europea (ESA), en Tenerife, y del Telescopio Jacobus Kapteyn en La Palma, ambos gestionados por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que sirvió como soporte al experimento.

Zeilinger tenía una obsesión. Quería reproducir las características de una partícula de luz en Tenerife a otra partícula situada en La Palma, sin que ambas se tocaran ni tuvieran ningún tipo de relación más allá de la cuántica. El experimento culminó en septiembre de 2012 con un éxito abrumador a pesar "de las perturbaciones de las condiciones atmosféricas". Zeilinger había conseguido "teleportar" características de la física cuántica en remoto.

El experimento resultó ser un auténtico hito para la ciencia moderna. Los 143 kilómetros de distancia que separaban ambos observatorios también batían el récord de la mayor distancia en la que se había conseguido replicar las características de dos partículas gemelas tan solo estimulando una de ellas. Canarias ostentó el récord mundial durante ocho años, hasta que en 2020 unos investigadores de China consiguieron replicar este mismo experimento desde una estación de satélite hacia la Tierra, a más de 1.000 kilómetros de distancia.

Una teoría de casi un siglo

Zeilinger, al igual que Clauser y Aspect han demostrado gracias a sus experimentos la teoría de los estados entrelazados, una de las características más extravagantes del mundo cuántico. La primera vez que se teorizó sobre esta posibilidad fue en 1935. Fue Albert Einstein, junto a sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen, quien publicó un experimento mental, hoy conocido como la paradoja EPR, en la que establecía la posibilidad de que dos partículas compartieran propiedades como si fueran gemelas. Si así fuera –y cumpliendo con los incipientes preceptos de la física cuántica–, si una de estas partículas gemelas fuera observada o modificada, dicho cambio influiría en la otra. Es decir, hay una comunicación instantánea entre ellas.

Las aportaciones de los físicos permiten desarrollar una tecnología para encriptarla

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Escéptico de sus propios resultados, Einstein advertía de que tenía que haber algo más detrás de esa característica. Ni él ni sus colegas entendían que aquella propiedad física fuera real pues, como argumentaba, rompería el límite de la velocidad de la luz. Aunque la existencia del mundo cuántico y las especiales normas físicas por las que se rige han sido corroboradas en distintas ocasiones, este último reconocimiento pone de manifiesto, una vez más, la complejidad y las posibilidades para el desarrollo de este mundo diminuto.

Las aportaciones de los tres físicos en distintas ramas de la comunicación cuántica y sus distintos experimentos, sientan las bases de una futura –pero cada vez más cercana– segunda revolución cuántica, donde las posibilidades son infinitas. Ordenadores capaces de crear fármacos a la carta o mensajes encriptados bajo una seguridad impenetrable son algunos de los grandes avances que promete esta nueva tecnología basada en un comportamiento natural (pero no por ello menos extraño) de estas partículas elementales.

"Estos estados entrelazados permiten desarrollar códigos de cifrado seguro, sería imposible que alguien lo hackeara sin que nos diéramos cuenta", resalta Sala. En este sentido también se manifiesta el ingeniero del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y responsable del área de Comunicaciones Ópticas en el Espacio, Luis Fernando Rodríguez, que añade: "Si alguien lo lee, el mensaje habrá cambiado, y así sabrás que han interferido en la comunicación". No es de extrañar que ya haya varias empresas y gobiernos que buscan implementar este tipo de tecnologías para conseguir ventaja estratégica ya que garantizarían el "secreto" de las comunicaciones. Aunque Canarias tuvo un relevante papel como soporte científico para conseguir que Zeilinger se alzara el premio Nobel, en aquel momento la investigación cuántica en las Islas estaba menos desarrollada. "Pocos años después de aquello desarrollamos una línea de investigación en comunicaciones ópticas del espacio que se encuadra dentro de IACTec", explica Rodríguez. Uno de los proyectos en los que trabajan es en la Misión Caramuel. "La idea es lanzar un satélite geoestacionario desde el que se puedan ‘vender’ claves cuánticas a entidades interesadas en que sus mensajes sean secretos", señala Rodríguez.

Los investigadores del IAC también exploran otro tipo de tecnologías, como la de comunicarse a través de láser con el espacio. "Es una comunicación más ligera, directa y rápida, pero suele tener problemas con las nubes o la turbidez atmosférica", resalta Rodríguez. Pero ahí es donde destaca el IAC, gran conocedor de los cielos y capaz de poder resolver los errores que puedan generar la dinámica natural del cielo.

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