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LOSHABITANTESDELACIUDADDEMXICOPODRAMOSSERLOSMSFERVIENTESPARTIDARIOSDEUNALNEADEINVESTIGACINENFSICAQUESEHAESTADODESARROLLANDOENAOSRECIENTES: LA
TELETRANSPORTACINCUNTICA. CMOMEGUSTARAPODERTRASLADARMEINSTANTNEAMENTEDEUNLUGARAOTROSIMPLEMENTEOPRIMIENDOUNBOTN, SINTENERQUEPADECERELTRFICODEESTACIUDADNILAMALAEDUCACINDESUSAUTOMOVILISTAS! SERPOSIBLE?
ESTARPRXIMOELDAENQUEPODAMOSPRESCINDIRDENUESTROSVEHCULOSYTRASLADARNOSADONDESEAINSTANTNEAMENTE?
Sergio de Rgules
cuntica
Teletrans
portaci
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Ilus
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iones:
Rap
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ego
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HACEUNOSMESES los
medios de comunica-
cin anunciaron que un
equipo de la Universi-
dad Nacional Austra-
liana haba logrado
teletransportar un rayo
lser. El rayo desaparecide un lugar y en un abrir y
cerrar de ojos reapareci des-
plazado un metro.
En las pelculas de
ciencia ficcin se dice
que las personas se tele-
transportan cuando desaparecen de
un lugar y reaparecen en otro (si no des-
aparecen del lugar original entonces se du-
plican, no slo se teletransportan). Para
teletransportar a una persona primero ha-
bra que extraer toda la informacin que
contiene de qu est hecha?, en qu
posicin se encuentra cada partcula?, en
qu estado? lo cual se podra hacer con
algn tipo de medicin, digamos, por
medio de un aparato que, como un escner
digital, lea y registre toda esa informacin.
Tendras que ser muy cuidadoso porque a
la hora de teletransportar no querras que
a la estacin receptora llegue una copia
defectuosa ni incompleta del objeto
original, sobre todo si el objeto original
eres t.
Como ests hecho de electrones,protones y neutrones, y stos son iguales
en todas partes, no sera necesario enviar
a la estacin receptora las partculas ori-
ginales que te componen. Bastara con la
informacin de sus posiciones y caracte-
rsticas. Con la receta en mano, no le sera
difcil a la estacin receptora agenciarse
electrones, protones y neutrones en nme-
ros suficientes para reconstruirte en glo-
rioso tecnicolor.
El problema con la
teletransportacin es
que un principio
muy general de la
mecnica cuntica
el principio de
incertidumbre de
Heisenbergdice,en pocas palabras, que
es imposible extraer
por medi-
cin toda
la infor-
macin acerca del esta-
do y las caractersticas de un objeto. Por
lo tanto, el escnerimaginario no puede
obtener toda la informacin necesaria para
reconstruirte en la estacin receptora. Al
parecer, la mecnica cuntica prohbe la
teletransportacin. Qu fiasco!
En 1993 Charles H. Bennett y sus co-
laboradores idearon tericamente una ma-
nera de usar las mismsimas leyes
de la mecnica cuntica que
impiden extraer por medi-
cin toda la informacin
acerca de un objeto, para
extraer la informacin
que no se puede medir.
Esto lo hicieron por
medio de un efecto
cuntico llamado
efecto EPR. Con lainformacin com-
plementaria se puede
construir una rplica
del objeto original
en otro lugar.
Los cientficos
llamaron al pro-
cedimiento tele-
transportacin
cuntica.
Tenebrosaaccinadistancia
Cuando los fsicos se adentraron con la
mecnica cuntica en el mundo de los
objetos ms pequeos de la naturaleza se
llevaron muchas sorpresas. El reino de las
molculas, los tomos y las partculas
subatmicas no se comporta como el mun-
do macroscpico cotidiano de la llamada
fsica clsica(la de antes de la mecnica
cuntica). Los neutrones, partculas que
se suelen encontrar en los ncleos at-
micos, se desintegran al cabo de cierto
tiempo si no forman parte de un tomo.
Si los neutrones fueran objetos clsicos
(por ejemplo, granos de maz en un horno
de microondas), podramos, por lo menos
en principio, predecir en qu momento
preciso se desintegrar un neutrn dado
(o se convertir en palomita un grano de
maz). La mecnica cuntica ni siquieralo intenta; slo permite calcular con qu
probabilidad se desintegrar el neutrn en
cierto lapso.
Este aspecto probabi-
lstico de la mecnica
cuntica fastidiaba de
lo lindo a Albert
Einstein, uno de los
principales creado-
res de esa teora.
Einstein pensaba que
una teora que slo
daba probabilidades noera completa. Deba ser
posible construir una
teora ms profunda que
la mecnica cuntica
que s permitiera pre-
decir, por ejem-
plo, en qu
momento se
desintegra
un neutrn.
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En 1935 Einstein y los fsicos Boris
Podolsky y Nathan Rosen escribieron un
artculo con el que pretendan incitar a sus
colegas a buscar una teora ms completa
que la mecnica cuntica. Para eso idea-
ron un experimento imaginario:
Un aparato produce parejas de part-
culas con cierta propiedad que puede te-
ner slo dos valores, digamos 1 y 0 (grano
y palomita, desintegrado y sin desintegrar,
vivo y muerto). Si hiciramos medi-
ciones sobre las partculas, veramos que
una tiene el valor 1 y la otra el valor 0 de
esa propiedad. Pero si no hacemos medi-
ciones la descripcin cuntica no permite
asignarle un estado definido a cada
partcula. Ni modo, as es la mecnica
cuntica.
Si la mecnica cuntica fuera la teora
ms completa posible si lo que no dicela mecnica cuntica no existe enton-
ces antes de cualquier medicin las part-
culas estn de hecho en un extrao estado
indefinido que no es ni 1 ni 0. Muy bien,
ahora se hace la medicin en una partcu-
la y se determina que tiene el valor 0. La
otra tiene que adquirir inmediatamente el
valor 1. Por lo tanto, hacer mediciones en
una de las partculas afecta a la otra, re-
sultado bastante extrao. Pero las part-
culas podran estar alejadsimaspor
ejemplo, en lados opuestos de la galaxia.
Pues bien, dijeron Einstein, Podolsky
y Rosen, si la mecnica cuntica fuera
completa habra que
concluir sin remedio
que, de todos mo-
dos, hacer medi-
ciones sobreuna de las
partculas
afecta a la
otra, resulta-
do an ms
e x t r a o .
Einstein llamaba
con sorna a este
efecto tenebrosa ac-
cin a distancia. Hoy
se le conoce como
efecto EPR.
El experi-mento EPR
est concebi-
do como un experi-
mento pensado no hay que hacerlo,
basta pensarlo para llegar
a la conclusin de los au-
tores.
Hoy en da, cerca de
70 aos despus, los fsi-
cos estn realizando el
experimento EPR, pero
no slo para justificar
posturas filosficas, sino
para explorar y aprove-
char los extraos fenme-
nos cunticos.
Sery/onoser
El efecto EPR no es el
nico fenmeno cuntico
inslito. Un grano de
maz en el horno de
microondas puede encon-
trarse en uno de dos esta-
dos: granoopalomita.Sino es lo uno, ser lo otro
sin remedio. Los dos es-
tados posibles de este ob-
jeto clsico se excluyen
mutuamente. Pero si fue-
ra un objeto cuntico, el
grano de maz podra es-
tar tambin en una com-
binacin extraa de esos
dos estados: ni grano ni
palomita, tampoco medio grano y medio
palomita, sino ms bien grano/palomita
(con distintos grados de lo uno y lo otro).
Este fenmeno se llama superposicin de
estados coherentes y es exclusivo de la
mecnica cuntica (vase El gato de
Schrdinger, Cmo ves?,No. 8).
Me apresuro a decir que un objeto
macroscpico como un grano de maz nopuede estar en una superposicin coheren-
te. Los estados superpuestos son muy fr-
giles; a la menor interaccin con el entorno
se esfuman y dan lugar a un estado bien
definido. Un objeto hecho de muchas par-
tculas es muy difcil de aislar de su en-
torno, por lo que muy pronto se produce
lo que se conoce como decoherencia, la
destruccin de la superposicin, dejando
al objeto macroscpico en uno de los dos
estados clsicos: grano o palomita, sin
opciones.
Los objetos suficientemente pequeospueden mantenerse en una superposicin
coherente durante ms tiempo, pero slo
a condicin de no recibir ni la menor sa-
cudida del exterior. Los estados super-
1.Se producen dospartculasenredadasque se separan.Antesde interactuar con elobservador laspartculasseencuentran en un estado indefinido .
2.A lob servar una de laspartculaspara obtener su estado,la otrapart cula,por interacc in instantnea,adquiere elestado contrario.
ExperimentoEPR
EfectoEPR
Partculas
enredadas
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puestos son privilegio de los objetos
cunticos que no han interactuado con
nada, lo cual quiere decir que no los po-
demos detectar directamente, porque para
detectarlos habra que interactuar con
ellos.
Estadospromiscuos
Para la teletransportacin cuntica lo msinteresante son los estados superpuestos
de un sistema compuesto de dos o ms
partculas. Imagnate que haces el experi-
mento EPR. Para eso produces un par de
partculasp1yp
2. Cada una por su cuenta
podra estar en alguno de dos estados, 1 o
0 o en una superposicin, siempre y
cuando no hagas nada para alterarlas.
Si les haces algo, entonces una queda en
el estado 1 y la otra en el 0.
Pero la mecnica cuntica no permite
considerar a estas partculas por separa-
do. Slo puede asignarles estado a las dosjuntas. El conjunto tiene a su vez dos es-
tados, Iy II:
I: la partculap1se encuentra en el esta-
do 1 y la partculap2se encuentra en
el estado 0
II: la partculap1se encuentra en el esta-
do 0 y la partculap2se encuentra en
el estado 1
Estos estados tambin se pueden su-
perponer cunticamente.
Vayamos ms despacio porque aqu se
encuentra el argumento central de la
teletransportacin cuntica. Una sola par-
tcula con dos estados clsicos incompa-
tibles tiene la posibilidad, en mecnica
cuntica, de encontrarse en una superpo-
sicin de esos estados. Un sistema com-
puesto por dos partculas se puede
considerar como un solo obje-
to que puede encontrarse
en los estados I y II, as
como en una infinidad de
estados cunticos super-
puestos de I y II. Cuando
este sistema compuesto se
encuentra en una superpo-
sicin coherente tiene las si-
guientes caractersticas:
1. Las partculas se compor-
tan como un solo objeto.
No se puede decir que una
se encuentre en el estado
1 y la otra en el 0.
2. Si se hace una medicin
en una de las partculas
del sistema y se deter-
mina que es 1, la otra
adquiere, inevitable e
instantneamente, el va-
lor 0 (y la superposicin
coherente se destruye).
Este inslito tipo de es-
tados de dos o ms partcu-
las se conoce en ingls
como entangled states, ex-
presin que traduciremos
desvergonzadamente como
estados enredados. El enre-
damiento cuntico es un
vnculo muy extrao entre
dos partculas. Puede surgir
cuando las partculas se en-
cuentran y persiste mucho
despus, aunque estn sepa-
radas por las distancias ms
grandes.
En fsica clsica, si dos
partculas que deben tener
estados opuestos se separan
y luego se determina que una
se encuentra, por ejemplo,
en el estado 1, sabemos de
inmediato que la otra se en-
cuentra en el estado 0. Pero
tambin sabemos que la otrapartculaya se encontra-
baen ese estado antes
de que hiciramos mediciones sobre
su compaera. Medir el estado de
una no implica ninguna interaccin
con la otra.
Pero en mecnica cuntica
las partculas no se encuen-
tran en ninguno de los esta-
dos posibles antes de la
medicin. Cuando observamos una de las
partculas para obtener su estado, la part-
cula adquiere uno de los estados clsicos.
Como la otra est obligada a tener el esta-
do opuesto y antes de la medicin se
encontraba en un estado indefinido la
operacin de medicin sobre su compa-
era la afecta como si se la hubieran he-
1.A licia enreda la partcula mensaje M con su partculaintermediaria y obtiene alguno de loscuatro estadosposibles.
Teletransportacin
2.A licia,ut ilizando vasde comunicacin clsicas, le comunicaa Beto e lresultado de su operacin .
3.Con la informacin proporcionada por A licia,Beto extrae unapart cula con lasm ismaspropiedadesque M .
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cho a ella. Como dijo acerca de las part-
culas enredadas uno de los fsicos
que estudian la teletransportacin
cuntica: si le hacemos cosqui-
llas a una, se re la otra.
Teletransportacincuntica
Ya es tradicin que los per-sonajes que se usan para ilus-
trar la teletransportacin cuntica
se llamen Alice y Bob. Yo los llamar
Alicia y Beto. Alicia tiene una partcula
M(de mensaje) en un estado cuntico
cualquiera. Para teletransportarM a casa
de Beto, Alicia podra simplemente deter-
minar el estado de la partcula y comuni-
crselo a Beto por telfono, pero, como
vimos, en cuanto Alicia trata de medir el
estado deM, ste cambia y Alicia se que-
da sin la informacin que quera.
Hay otra manera de hacerlo. Segn elesquema de Bennett y sus colaboradores,
para teletransportarMlo primero que tie-
nen que hacer Alicia y Beto es producir
un par de partculas enredadasA yB,que
servirn de intermediarias. Cada quien se
lleva una partcula a su casa teniendo cui-
dado de no destruir la fragilsima cohe-
rencia (lo cual es muy difcil en la
prctica). Una vez all, Alicia toma sus
dos partculas,MyA,y las enreda cun-
ticamente. ComoAtambin est enreda-
da con B, si se hacen mediciones se
encontrar que:
MyAtienen estados contrarios y
AyBtienen estados contrarios
lo cual slo es posible siB se
encuentra en el mismo estado queM.
Hay cuatro maneras distintas de enre-
dar las partculas M y A, cada una con
25 % de probabilidad de producirse, pero
Alicia no puede controlar en cul de estos
estados quedarn sus partculas (otra ca-
racterstica de la mecnica cuntica).
Luego de la operacin, Alicia tiene que
informarle a Beto cul de los cuatro es-tados enredados posibles obtuvo, y para
eso tendr que usar algn medio de co-
municacin tradicional. La teletrans-
portacin cuntica no es instantnea
porque Alicia tiene que enviar in-
formacin clsica a Beto.
Con esta informacin,
Beto aplica a su partcula
B el tratamiento ade-
cuado para que adquie-
Serg io de Rgulesesf sico,autor de innumerab les
art culosde divulgacin y de loslibrosElSolmuerto de
risa (Pangea)y Cuentoscunticos(ADN editores),y
coautor de Elpiropo matemtico(Ed.Lectorum).
Trabaja en elM useo de lasC ienciasUniversum.
ra el mismo estado que
M. La partcula que
otrora fueB
se ha con-
vertido en
una rpli-
ca exacta
de M. La
partcula
que otrora fueM pierde su estado original
al enredarse conA, de modo que el proce-
so equivale a una teletransportacin y no
a una duplicacin.
Esta manera de transmitir informacin
tiene caractersticas bastante inslitas.
Para empezar, ni Beto ni Alicia tienen que
saber en qu estado se encontrabaM. La
distancia que media entre Alicia y Beto
no importa (se ha probado experimental-
mente que los estados enre-
dados se conservan por lo
menos hasta distancias de
10 kilmetros, pero teri-camente se conservan
aunque la distancia fue-
ra de miles de millo-
nes de aos luz). Es
ms, Alicia ni si-
quiera tiene que
saber dnde se
encuentra Beto.
El efecto
EPR se en-
carga de llevar la informacin a su des-
tino.
Elfallodeljurado
S, muy bien, me dirn, pero funciona?
Las revistas especializadas ya estn pla-
gadas de informes de experimentos de
teletransportacin. La primera realizacin
experimental de proceso ideado porBennett y sus colaboradores la llev a cabo
un equipo inter-
nacional
de fsicos
en la Uni-
versidad
de Inns-
bruck, Aus-
tria, quienes
consiguieron
imprimirle el
estado de pola-
rizacin de un fo-tn (partcula de
luz) a otro. Luego, en
mayo de este ao, el
equipo de la Universidad
Nacional Australiana teletransport el
rayo lser. En otro frente los fsicos estn
tratando de enredar cunticamente siste-
mas de partculas cada vez ms numero-
sos y hacer durar la delicada coherencia
lo ms posible (el rcord son unos cuan-
tos microsegundos).
En resumen, al parecer la teletrans-
portacin s funciona, pero, ay de m!, no
est cercano el da en que podamos librar-
nos del coche, el metro y la combi.
Teletransportar personas no est prohibi-
do por la mecnica cuntica, pero sera
tan difcil que nadie est pensando seria-
mente en ponerlo en prctica, segn dice
Ping Koy Lam, director del proyecto aus-
traliano. Con todo, la teletransportacin
cuntica tendr aplicaciones interesantes,
por ejemplo, en computacin cuntica,
disciplina nueva que busca usar las extra-
as propiedades de los sistemas cunticospara construir computadoras inima-
ginablemente rpidas y potentes. Cmo
me gustara tener una computadora
cuntica y no el vejestorio con el que es-
crib este artculo!