Entrevista con Ignacio Cirac

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Usted inventó el primer modelo de ordenador cuántico.

Es una larga historia. La gente sabía, ya por entonces que, si fuese posible construir un ordenador cuántico, podríamos hacer cálculos que se consideraban imposibles. El problema era que nadie sabía cómo construirlo. Yo y Peter Zoller -de la universidad de Innsbruck- proporcionamos la primera propuesta y vimos que, en realidad, tendría que ser posible y dijimos cómo se podría construir -en principio- el ordenador cuántico.

¿Y lo han logrado construir físicamente?

Al cabo de poco tiempo de hacer esta propuesta, se hicieron unos experimentos que demostraban que los principios que habíamos propuesto funcionaban y, ya con el tiempo, se construyeron pequeños prototipos. Hoy en día existe un pequeño prototipo de ordenador cuántico -aunque todavía falta mucho para que sea competitivo- pero que demuestra que, en principio, todo funciona como debería.

¿Podría explicar en qué consiste un ordenador cuántico y por qué es más potente que uno clásico?

Un ordenador cuántico usa para su funcionamiento diferentes leyes que los ordenadores usuales. Estos últimos están basados en la lógica de los bits: introducimos la información que queremos procesar en forma de ceros y unos, los cuales son transformados por el ordenador a través de ciertos procesos físicos, y al final nos da unos resultados, que son los que leemos. Los ordenadores cuánticos no trabajan con ceros y unos, sino con otras propiedades de las partículas microscópicas que están regidas por las leyes de la Física Cuántica. Y esas propiedades, que son muy difíciles de explicar para quien no las conoce, permiten hacer millones y millones de cálculos a la vez con un solo ordenador. Y eso es lo que los hace tan potentes: las leyes de la Física Cuántica les permiten hacer cosas que son imposibles con la lógica usual de los ordenadores.

¿Cómo se le ocurrió la idea para su prototipo?

Yo estaba trabajando de postdoc en Estados Unidos junto con Peter Zoller, mi colaborador. Y estábamos trabajando en temas de Física Cuántica, aunque no relacionados con los ordenadores cuánticos. Por aquel entonces, muy poca gente sabía de ordenadores cuánticos. Pero los dos atendimos una conferencia que tuvo lugar en Boulder, en el año 94, en la que hubo alguien que explicó el poder que tendría un ordenador cuántico, a la vez que dijo que nadie sabía cómo construirlo. Y lanzó el desafío de pensar en cómo hacerlo. Así que nosotros nos sentamos y, con la experiencia que teníamos y con algunas ideas que adquirimos al estudiar ese problema, pensamos cómo hacerlo y conseguimos encontrar una propuesta.

Hay algunos filósofos que usan el postulado de la medida para sugerir que la conciencia y la Mecánica Cuántica están ligadas de alguna forma. ¿Qué le parecen este tipo de usos que hace a veces de la ciencia la filosofía?

Hay dos tipos de usos. Hay unos que son completamente incorrectos, que no solo no están basados en ella, sino que están incluso en contra de la Mecánica Cuántica, a pesar de que los que lo manifiestan dicen que están de acuerdo con la Mecánica Cuántica; luego hay otros que son preguntas abiertas dentro de la Física Cuántica que de momento no sabemos cómo poner a prueba, pero uno puede tener varias interpretaciones y la filosofía puede tener su propia visión de ello, cosa que es tan válida como cualquier otra.

En ese sentido, cuando uno habla del postulado de la medida y la conciencia, se manifiestan esas dos vertientes que he mencionado: hay gente que dice que uno puede decidir qué es lo que va a pasar, simplemente con la conciencia, lo cual va en contra de lo que dice la Física Cuántica. La Física Cuántica no permite manipular los resultados de las medidas. Uno no puede decidir cuál va a ser el resultado, qué es lo que va a ocurrir. Modificar el futuro. Pero por otro lado, existe un problema en la Física Cuántica con el postulado de la medida, que es cuándo se produce lo que llamamos el colapso de la función de onda. Cuándo las propiedades de los objetos quedan determinadas. Sabemos que se eso pasa al producirse la observación, pero ¿en qué momento? Uno puede pensar que es en cuanto lo vemos, en cuanto lo sentimos, en cuanto… ahí existen varias posibilidades y hay gente que cree que tiene que estar relacionado con el hecho de que seamos conscientes de ello. Todas ellas son distintas interpretaciones que, desde el punto de vista de los físicos, son tan válidas unas como otras porque no ha habido experimento alguno que las falsee. Uno puede hablar tranquilamente de esto y yo no tengo ningún problema.

¿Cree que el postulado del colapso de la función de onda está justificado o que es explicado por la decoherencia?

La teoría de la decoherencia no explica el hecho de que, al hacer una medida, obtengamos un resultado, y eso supongo que lo dirán todos los científicos que trabajen en Física Cuántica. La decoherencia explica otras cosas, que entendemos muy bien, pero no el hecho de que obtengamos un resultado al medir. Eso no está explicado. Lo que hay son físicos que tienen una interpretación distinta de la Física Cuántica en la que no hace falta el postulado de la medida porque entienden la Física Cuántica desde el punto de vista de la información. Según ellos, lo que hacemos nosotros es simplemente recibir información del exterior. Y no nos podemos preguntar si el exterior existe o si sus propiedades están definidas o no. No hace falta, porque todo lo que hacemos es recibir información. Si uno se plantea la Física Cuántica desde ese punto de vista, no hace falta ningún postulado. Incluso clásicamente, cuando nosotros adquirimos información, nos cambia nuestra perspectiva, nuestra descripción del mundo. Uno tiene una cierta probabilidad de que sucesos ocurran; cuando uno aprende algo, esa probabilidad cambia. Es lo que en teoría de probabilidad se llama el teorema de Bayes y el postulado de la medida de la Física Cuántica es básicamente lo mismo. Es decir, que si uno se olvida del resto del universo y nosotros solo pensamos que estamos recibiendo información y la procesamos, no hace falta ningún conflicto en términos del postulado de la medida de la Física Cuántica.

Ahora bien, si nosotros queremos hablar más allá de nosotros, si asumimos que los sucesos que estamos observando, de los que tenemos información, están ocurriendo ahí, que hay una realidad detrás y queremos hablar de esa realidad, de si esa realidad está definida o no, etc. entonces tenemos que asignarle una entidad a esa realidad y eso es lo que hace necesario introducir los conceptos del postulado de la medida. Ahí existe una pequeña contradicción dentro de la Física Cuántica porque, por un lado, nos dice que los procesos físicos se producen de acuerdo con la ecuación de Schroedinger -unas leyes- excepto el proceso de la medida, que se describe por otras leyes. Y uno piensa: ¿por qué hay dos leyes distintas si nosotros mismos tendríamos que ser descritos por las leyes de la Física Cuántica y, por lo tanto, tendríamos que estar sujetos a las primeras? Esa es la controversia que existe entorno al postulado de la medida y una de las soluciones que se propone es decir: “nos olvidamos de los objetos, hablamos solo de información y entonces no existe ninguna contradicción”, pero yo creo que eso es más bien enterrar el problema, en lugar de resolverlo.

¿Y hay alguna forma de resolverlo?

Pues, que sepamos, no. Lo que sería interesante sería diseñar algún experimento que nos permitiese falsear alguna de las teorías: existe la interpretación de los múltiples universos, existen interpretaciones basadas en el colapso de la función de onda, existen interpretaciones ortodoxas, existen varios tipos de interpretación dentro de la Física Cuántica, pero el problema es que todas ellas hacen las mismas predicciones físicas, de forma que no podemos discernir cuál es la correcta. Es una cuestión opinable, cosa que a los físicos no nos gusta: nos gustan las respuestas. Así que lo que hace falta es que a alguien se le ocurra alguna forma de distinguir entre las distintas interpretaciones o las distintas opciones y, de momento, no sabemos cómo hacerlo.

¿Cómo se ve cuestionada en Física Cuántica la noción de realidad?

La Física Cuántica no cuestiona la existencia de una realidad independiente de nosotros. Lo que sí que dice es que las propiedades de los objetos que están más allá de nosotros no tienen por qué estar definidas. Y eso es lo que choca con los principios clásicos. Si uno trabaja con la física clásica, cada objeto tiene varias propiedades: tiene movimiento, posición, velocidad, color, masa… e incluso cuando no lo observamos, esas propiedades están bien definidas. Un objeto, aunque no sea observado, está en un sitio. Sin embargo, la Física Cuántica dice que no: que los objetos existen pero, cuando no los observamos, sus propiedades empiezan a quedar indefinidas y solo quedan definidas al observarlas. Y eso es algo que la Física Cuántica mantiene y que, junto con otra propiedad que se llama la no-localidad, ha sido demostrado experimentalmente. No solo es una interpretación de la Física Cuántica, sino que es un hecho preciso, el hecho de que las propiedades de los objetos no tienen por qué estar definidas cuando no los observamos. Y, si además uno se cree que las acciones no pueden modificar el exterior a una velocidad infinita, esas cosas dan lugar a unos experimentos que demuestran que la naturaleza no define las propiedades. Lo que quiero decir es que mi posición está basada en experimentos, es decir, en hechos objetivos. Luego uno puede dar explicaciones sobre qué es lo que ocurre en la realidad, ahora bien: uno puede ir más allá y preguntarse “pues, si no están definidos, ¿qué es lo que está ocurriendo? ¿Es que tenemos muchos universos o es que tenemos otro tipo de cosas?” y esas son las cosas que ya tienen cierta interpretación dentro de la Física Cuántica. No hay ninguna interpretación que prefiera por encima de las otras precisamente por lo que he dicho antes de que no tenemos indicio alguno que apunte a una u otra, porque predicen los mismos resultados experimentales.

Las matemáticas parecen jugar un papel esencial en la descripción del Universo. ¿Por qué cree que pasa? ¿Podría ser de otra manera?

Yo creo que no. Yo creo que un universo tendría que tener ciertas leyes. La cuestión es: ¿cuántas leyes? A lo mejor hay tantas leyes como posibles fenómenos puedan ocurrir, con lo cual habría una descripción en términos de leyes pero sería completamente inútil porque no sería predictiva. Para cada cosa que ocurriese necesitaríamos tener una descripción distinta. Es bastante lógico pensar que las leyes tienen que ser consecuentes las unas con las otras y, por lo tanto, que muchos fenómenos se deduzcan a partir de unas leyes fundamentales. Y eso es lo que hacen las matemáticas: transcribir esas leyes, en términos de fórmulas -un lenguaje distinto- y usando la lógica para sacar consecuencias a partir de los postulados, cosa que da lugar a la descripción de la naturaleza que tenemos. Y no tengo ningún problema con ello. Por supuesto, hay detalles muy interesantes, como el hecho de que las matemáticas en sí mismas no son completas, en el sentido de que no todas las cosas que son ciertas en una teoría matemática son demostrables. Todo eso da lugar a otras preguntas muy interesantes, pero me parece natural que las leyes que se sigan sean leyes matemáticas, que al fin y al cabo son deducciones lógicas.

Es decir, que en el fondo Galileo habría acertado de pleno en aquello de que la naturaleza es un libro escrito en caracteres matemáticos.

Sí, en principio sí. Pero hay dos pequeños detalles que Galileo no sabía: uno de ellos es la Física Cuántica. Y la Física Cuántica rompe con el determinismo. Uno pensaría que, si está todo escrito, entonces somos completamente deterministas. Si uno conoce todas las posiciones y velocidades en un momento, eso determina completamente lo que va a pasar después. Pero la Física Cuántica, al introducir la medida, deja de ser determinista. Eso da lugar a que existan probabilidades intrínsecas, lo cual hace que la historia no esté escrita. Eso por un lado. Y por otro lado está lo que decía antes de Gödel: que, a pesar de que los principios fundamentales sean bien conocidos o puedan existir, es muy difícil o imposible que nosotros los lleguemos a conocer todos, en primer lugar y, en segundo lugar, aunque los conociésemos todos, a lo mejor es imposible hacer deducciones de qué es lo que va a ocurrir, de predecir el futuro, por lo que he dicho antes de que las matemáticas no son completas, algo que sabemos a través de Gödel.

Antes ha hablado de la no-localidad. ¿Eso obliga a uno a replantearse la noción de espacio?

No realmente. No a través de la no-localidad, sino a través de la relatividad y de otros fenómenos, uno tiene que empezar a plantearse un poco mejor lo que es la noción de espacio, pero la Física Cuántica tradicional no plantea ningún problema con éste. El espacio es simplemente algo que viene dado y en el que se desarrolla todo, y la Física Cuántica lo que tiene son ciertas propiedades que parecen no-locales, pero se puede demostrar que eso no viola ninguna causalidad, es decir que eso no se puede utilizar para realizar acciones a distancia, por lo que esa no-localidad que existe en la Mecánica Cuántica es un poco ficticia, no permite comunicarnos a velocidades infinitas, lo que sería una tragedia porque tendría consecuencias en cuanto a la causalidad.

Pensaba más bien en lo que pasa al juntar la Mecánica Cuántica con la relatividad, como el principio holográfico, en la que toda la información de un agujero negro parece estar situada en su superficie. Y eso a llevado a algunos físicos a pensar que toda la información del universo se encuentra en la frontera.

Sí, pero creo que eso no trae ningún problema. Incluso la física clásica, el electromagnetismo de Maxwell, dice que si uno tiene una onda y la mide en un espacio, ya sabe lo que va a valer en todo el espacio, es decir que toda la información que lleva una onda está simplemente en un plano, a pesar de que se mueva en el espacio. Eso no es tan raro. Lo que ocurre es que ahora en términos de relatividad existe un problema al intentar encontrar una teoría que una la Física Cuántica y la teoría de la gravitación de Einstein. Eso no se sabe hacer y entonces hay gente que, para intentar ponerlas de acuerdo, tiene en cuenta que el espacio en sí mismo podría ser un objeto físico-cuántico, un objeto en el que hubiese fluctuaciones del espacio. Y eso da lugar a esas nuevas concepciones que uno tiene que tener. Pero creo que por ahora todo eso son elucubraciones, porque no existe esa teoría. No se han logrado unificar.

Se suele asociar la aleatoriedad de la Mecánica Cuántica con el libre albedrío. ¿Es ir demasiado lejos?

Es posible. La verdad es que no conozco mucho ese tema. Lo único que sé es que estos experimentos que he mencionado antes, que demuestran que la naturaleza es extraña y que las propiedades de los objetos no están definidas, toman como una de sus bases el libre albedrío. Uno tiene que creerse que es posible tener resultados aleatorios. Al final, uno tiene que hacer experimentos escogiendo unos parámetros de manera aleatoria. Y, si fuese imposible producir resultados aleatorios -porque no hubiese libre albedrío, por ejemplo- uno podría decir que esos experimentos no demuestran el hecho que he mencionado anteriormente, es decir, que la naturaleza no tiene las propiedades definidas. Entonces uno podría decir que no existe el libre albedrío y que la naturaleza sí que tiene las propiedades bien definidas. Hay gente que habla de estas cosas, yo la verdad es que no lo entiendo muy bien pero bueno, tal vez sea una posibilidad.

Parece ser que la Mecánica Cuántica opera con una lógica ligeramente diferente a la clásica. ¿Cuáles son esas diferencias?

La diferencia fundamental es que, en lógica clásica, existe una sola posibilidad en cada momento. Es decir, si uno la expresa en término binario, en término de ceros y unos, uno tiene o un cero o un uno. Entonces uno puede tener una gramática, que diga cómo combinar esos ceros y unos, etc. pero es fundamental el hecho de que uno tiene un cero y un uno y entonces cualquier cosa está representada por uno de ellos, pero no por los dos a la vez. Uno no puede tener un objeto en cero y en uno a la vez. Pero la Física Cuántica sí que lo permite: es lo que llamamos superposiciones y permite tener un mismo objeto en dos estados -que llamamos estados cuánticos- a la vez y eso es lo que le da la diferencia fundamental.

Para acabar con un poco de humor: ¿cuál es el sentido de la vida?

Pues no lo sé. Yo creo que no se puede hablar de un sentido en general, que cada uno tiene el sentido de su vida. Entonces cada uno de nosotros supongo que encontrará muchas razones por las cuales vivir, pero que exista uno general no lo puedo ver. No creo que exista uno común a todos.

Vea la biografía de este autor.


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