El nuevo best-seller de Michael Crichton, Rescate en el Tiempo, juega con uno de los desarrollos tecnológicos más atractivos y más prometedores. del próximo milenio: la computación y la teleportación cuántica. Ahora bien, ¿qué se esconde detrás de esas palabras tan abstrusas?

Dos estados a la vez

Los qubits, pueden tener a la vez una posición "on" y "off", como muestran los picos de este gráfico, que refleja ambos estados extremos.

La propuesta era brillante. Imaginemos que lanzamos al aire dos monedas inicialmente unidas por una de sus caras. Al caer se separan y Juan y Pedro las cogen al vuelo sin mirarlas. Entonces deciden irse de viaje. Cuando Juan llega a Australia, abre la mano y ve que es cara. Según las llaves de la teoría cuántica, Juan sabe inmediatamente que Pedro, en Suecia, verá una cruz.

Para comprender las implicaciones de este experimento debemos recordar que la mecánica cuántica afirma que las propiedades de las partículas, en este caso "salir cara o cruz" no existen hasta que se miden. Esto es, hasta el momento en que Juan abre la mano, la moneda no se encuentra ni con la cara hacia arriba ni con la cruz, sino en un estado "mezcla" de los dos, y tiene la misma probabilidad de estar de una forma que de otra. Es en el momento en que Juan mira cuando la moneda presenta una de las dos caras y en ese instante es cuando puede asegurar, sin dudar, que la otra moneda mostrará el otro lado.

Aparentemente es como si se produjese una transmisión instantánea de información, algo que contradice un principio físico básico: nada a puede propasarse a mayor velocidad que la luz. Ahora bien, el experimento EPR nunca ha fallado. Al contrario, es uno de los mecanismos más utilizados para la transmisión segura de información y constituye, de hecho, uno de los pilares más firmes de las nuevas tecnologías de criptografía cuántica.

Desde hace 20 años, los científicos intentan aprovechar la mecánica cuántica para propiciar un cambio radical en los fundamentos c e la informática. La llamada computación cuántica está de moda y en los últimos cuatro años esta utopía parece estar algo más cercana.

Los fundamentos de la física cuántica se enfrentan a la intuición y lógica tradicionales. No resulta nada evidente descubrir que la medida de una magnitud física en un sistema cuántico no siempre genera el mismo resultado. Sin embargo, a pesar de esta aparente incertidumbre, la teoría indica con precisión qué valores pueden obtenerse y con qué probabilidades deben aparecer. ¿Quien se sorprende al descubrir que cualquier medida afecta al sistema cuántico empujándolo a un nuevo estado que depende tanto del estado inicial del sistema como del resultado de la medición?

Los aspectos más controvertidos de la física cuántica, los que afectan a nuestra concepción del mundo, son los que dan lugar a resultados más interesantes de la computación cuántica. El concepto de estados cuánticos enredados, asociado a la paradoja EPR y al experimento del gato Schrodinger, están en la base de las nuevas ideas de la teoría de la información cuántica.

Otro prototipo se basa en construir qubits con los dos estados de rotación de los núcleos de átomos que se encuentran en determinadas moléculas. La manipulación de los estados puede realizarse mediante resonancia magnética nuclear.

Otra propuesta, más reciente, se basa en la utilización de semiconductores o superconductores. En ella se aprovecha el comportamiento de los electrones en estos materiales para crear y manipular qubits.

Aunque el número de qubits que se han conseguido manipular con éxito por cualquiera de estos métodos es pequeño, en todos ellos se pudo almacenar información y realizar ciertas operaciones lógicas sencillas que constituyan el germen de un futuro ordenador cuántico.

El teletransporte es un recurso muy utilizado en series de ciencia ficción como Star Trek.

Sin embargo, el mayor problema que presenta el diseño de un ordenador así estriba en mantener el sistema estable durante suficiente tiempo y con gran número de qubits. La búsqueda merece la pena. Para hacernos una idea: un ordenador convencional tardaría millones de años en factorizar números muy grandes, mientras que un ordenador cuántico lo haría en una fracción de segundo. Aunque no parece cercana la construcción de un ordenador cuántico, algunas ideas sobre su diseño y funcionamiento ya tienen aplicaciones prácticas. La transmisión de información mediante canales cuánticos ha permitido crear un sistema de comunicación totalmente seguro. Los dispositivos de criptografía cuántica usan fotones individuales y sacan provecho del principio de 'incertidumbre de Heisenberg.

Entre 1982 y 1984 Charles Bennett y Gihes Bassard diseñaron el primer sistema de encriptación cuántica, el BB84, hoy superado. Las reglas cuánticas aseguran la comunicación hasta tal punto que una interceptación por parte de un agente extraño al sistema no sólo es detectada por los comunicantes sino que no puede descifrar el mensaje. En la práctica, se ha conseguido transmitir información por un canal cuántico a través de fibra óptica a algunas decenas de kilómetros. Hoy en día sé intenta hacer desde un laboratorio en tierra a un avión.

Utilizando los mismos principio se ha realizado la primera experiencia de teleportación cuántica de fotones, es decir, de las partículas que componen la luz. El mecanismo consiste en enviar un par de fotones que se encuentran en un estado enredado, del tipo de la paradoja EPR, uno a la salida v otro a la llegada. Con el fotón que- llega a la salida se mide el estado de un tercer fotón, el que se desea teleportar. Del resultado de esa medida se informa por un canal de comunicación clásico - un teléfono - a la terminal de llegada donde una serie de manipulaciones transforma el fotón que ha llegado proveniente del par enredado de una copia fiel del foton que se quería teleportar. Todo ello sin que ningún foton viaje desde la salida a la llegada

Es curioso que el concepto de estados EPR que tanto disgustaban a Einstein, quizás da en un futuro no muy lejanos pueda hacer que pidamos a Scottv que nos teletransporte a la nave Enterprise de la Flota Estelar.