Te explicamos la teletransportación cuántica como si fueras un niño de 5 años (Eli5)

Te explicamos con lenguaje asequible y con una historia sencilla, en qué consiste la teletransportación cuántica, ¡una maravilla de la física cuántica!

Actualidad, TL;DR, WATTBA  /   /  By Miguel Peiró

Podríamos decir que la física cuántica nos ha abierto las puertas a un mundo tan misterioso como mágico. Un mundo tan intrigante que inspira a innumerables investigadores a ahondar en su complejidad. En este contexto, últimamente hemos visto muchas noticias sobre avances en teletransportación cuántica pero ¿qué es realmente esto que suena tan rimbombante? y ¿para qué sirve?

 

En este post vamos a explicar en qué consiste la teletransportación cuántica, pero lo vamos a hacer de una forma un poco más divertida, y esperamos que sencilla también. Lo vamos a hacer como si fuera una explicación para niños.

 

 

Casi todos habremos visto en películas, o leído en libros de ciencia ficción, que el teletransporte consiste en poner un objeto, o una persona, en una maquina y que éste aparezca en otro sitio. Aunque esto podría ser teóricamente posible, en la práctica es imposible casi con toda seguridad. Entonces, ¿qué es el teletransporte cuántico?

 

Antes de nada, dejadme que os presente a los dos protagonistas de mi historia, Mar y Ginés. Ambos están en sus respectivas casas y deciden construir una máquina para mandarse objetos sin moverse del sofá (son muy vagos, sí). Decididos a ello, construyen una caja cada uno y se ponen a pensar cómo pueden mandarse objetos simplemente con meterlos en sus cajas.

 

Qué fácil si el mundo fuera “clásico”…

La física que no atraviesa la frontera de lo cuántico se llama técnicamente física clásica. Nosotros nos movemos, de hecho, en el mundo de la física clásica. Las normas que rigen el comportamiento de objetos como nosotros, o una bola de bolos, conforman este mundo que llamamos clásico. Así que, solo de momento, dejamos la física cuántica de lado, como si no existiera.

 

“¡Ya sé cómo hacerlo!” le dice Ginés a Mar. Él, que es muy avispado, se da cuenta que no tiene más que meter el objeto en su caja, llamar a una empresa de envíos que recoja su paquete, y lo entregue en casa de ella. “¡Voilà, ya hemos teletransportado algo!” dice Ginés.

 

Mar, sin embargo, es consciente de que el método propuesto por Ginés deja bastante que desear. Entre otras cosas, ella sabe que el tiempo que tarde el envío va a depender de muchas variables, como por ejemplo, el tráfico que encuentre en su camino el trabajador de la empresa de envíos.

 

 

“Necesitamos algo que funcione como un escáner, por ejemplo”, le comenta Mar. Es decir, ella propone una máquina que lea la información del objeto de la caja y la mande por una línea telefónica, o de internet, hasta la otra caja, lugar donde se reproducirá esta información. “Pero, si hiciéramos esto, tendríamos dos copias del objeto original, y yo no quiero que existan dos Ginés en el mundo”, dice el propio Ginés.

 

“No pasa nada, destruimos la copia original una vez la hayamos mandado”, dice Mar. “Si hacemos eso, sólo tendremos una copia del objeto teletransportado”. A nivel teórico, éste método ya podría considerarse como una teletransportación clásica. Sin embargo, hay un obstáculo que nos va a resultar muy difícil superar: la precisión en el copiado.

 

 

Todos hemos visto que a medida que la tecnología avanza, máquinas como los escáneres son más y más precisos. De hecho, en un mundo perfectamente clásico, una copia perfecta sería posible, ciertamente muy improbable desde el punto de vista de un ingeniero, pero teóricamente posible desde el punto de vista de un físico.

 

Ahora bien, si quiero sacar toda la información de un objeto, tendré que hacerlo a nivel atómico, ¿verdad? Ya que todo (bueno, no todo, pero eso es otra discusión) está compuesto por átomos, que a su vez están formados por electrones, protones, y neutrones, tendré que extraer la información desde esos niveles microscópicos. ¡Y es aquí donde topamos con la física cuántica!

 

Hemos topado con la física cuántica

Como decía anteriormente, existe una frontera en la naturaleza que delimita lo que llamamos la física clásica de la física cuántica. Una vez atravesamos esta frontera, las cosas dejan de tener sentido tal y como las imaginamos, los efectos cuánticos empiezan a dominar el comportamiento del sistema.

 

Por ejemplo, una partícula, una vez cruzada esta frontera cuántica, puede estar en infinidad de sitios al mismo tiempo, cosa que a nivel clásico, en nuestro día a día, es completamente impensable. Y no, no es que nosotros no seamos capaces de ver dónde está y por tanto digamos que está en muchos sitios, ¡es que literalmente está en muchos al mismo tiempo!

 

Resulta que una tal Werner Heisenberg (no el protagonista de Breaking Bad, sino un autentico genio que contribuyó a la creación de la física cuántica) enunció, a principios del siglo pasado, lo que se conoce como el principio de incertidumbre. Este principio establece que si quiero medir simultáneamente dos cantidades como la posición y el momento (la velocidad) de una partícula siempre habrá un error asociado a esta medida. Es decir, que si mido la posición de una partícula con mucha exactitud, la medida de su velocidad será muy mala, y viceversa.

 

Werner Heisenberg. Crédito: Friedrich Hund/Wikipedia

 

¿Qué significa esto para el experimento de Mar y Ginés? Es sencillo, si quieren medir las propiedades de cada partícula individualmente nunca podrán hacerlo de forma exacta. La reconstrucción del objeto que puedan hacer dejará mucho que desear, así que básicamente reconstruirán otro objeto. ¿Y que hacemos ahora? ¡parece imposible que Ginés y Mar consigan realizar su experimento!

 

Entrelazamiento cuántico como solución al problema

¿Qué es el entrelazamiento cuántico? Dejadme que os ponga un ejemplo de esta maravilla que nos brinda la física cuántica (hay que decir que cualquier analogía que haga no es del todo válida ya que la cuántica no tiene un correspondiente clásico, sin embargo nos puede valer para hacernos una idea). Imaginad que tenemos dos personas, y que yo, porque me da la gana, digo que les doy una camiseta negra a una y otra blanca a la otra, de forma que la suma de los colores negro y blanco de las camisetas tenga que ser gris.

 

Hago que esas personas se metan en un cuarto, antes de ponerse la camiseta. Una vez pasen, y yo no les vea, lo único que yo sé es que la suma de sus colores es gris, pero no sé quién lleva cada color. Una vez se pongan la camiseta, mando a una de esas personas salir. Cuando yo vea el color de su camiseta, sabré el color de la camiseta del otro, ¿verdad?

 

Pues algo así pasa con las partículas. Cuando creo un estado entrelazado de dos partículas, éstas se preparan de forma que comparten una característica global (lo que era el color gris de la suma de antes), pero el estado individual (la camiseta de cada uno) está sujeto a una probabilidad. Y es aquí donde mi analogía falla. En el caso de las partículas, cada una lleva las dos camisetas simultáneamente, con una cierta probabilidad de llevar la negra o la blanca, y sólo cuando decido realizar una medida para saber el color de la camiseta de una de ellas, digamos que sale blanco, automáticamente la otra se pone la camiseta negra sin necesidad que la haya medido.

 

 

El punto importante de esto es el concepto de medida, eso que realiza el observador. Antes de realizarla, ambas partículas se encuentran en un estado mezcla, es decir, simultáneamente tienen los dos colores de camiseta. Sin embargo, cuando el observador entra en juego y mide el color de una, ésta “colapsa” a uno de los estados posibles, y la otra, por el carácter que le otorga el estado entrelazado, colapsa también instantáneamente sin necesidad de que se realice medición alguna.

 

Lo increíble de esto es que aunque las partículas estén separadas una distancia infinita, cuando mido una, ¡la otra se transforma automáticamente! ¡instantáneamente! Sin embargo conviene recordar que para que esto sea así las partículas han de estar entrelazadas, y por lo tanto, tienen que haber estado juntas en algún momento de su pasado. Vamos a ver cómo Ginés y Mar pueden usar esto…

 

Teletransportación cuántica

Nuestros protagonistas ya son conscientes de que no pueden llevar a cabo una teletransportación de la forma en la que las películas de Ciencia Ficción nos muestran. El principio de incertidumbre de Heisenberg lo prohibe. No obstante, mediante el uso de estados entrelazados pueden “transportar” de una casa a otra una determinada propiedad de una partícula de forma instantánea.

 

“Recuerdo algo que me contaron sobre el entrelazamiento cuántico”, comenta Mar. “Creo que si conseguimos crear un paquete de estados entrelazados en mi casa, y llevamos a la tuya una parte de ese paquete, más tarde podremos afectar de forma instantánea lo que allí ocurra”.

 

Ginés no está convencido, “pero eso no sería una teletransportación como queríamos, como en las pelis, porque necesitamos juntar todas las partículas antes…”, dice. “Correcto, pero debido al principio de incertidumbre no podemos hacer lo de las pelis, Ginés”, le dice Mar.

 

Como dice Ginés, la teletransportación cuántica difiere, y mucho, de lo que todos tenemos en la cabeza cuando escuchamos la palabra “teletransporte“. La limitación principal de este proceso es que no podemos teletransportar nada a un sitio donde no hayamos estado previamente. El hecho de que en un inicio las partículas tengan que estar juntas, evita que la teletransportación cuántica se use entre la Tierra y, por ejemplo, un planeta en el que jamás hayamos estado.

 

Una vez hemos creado los estados entrelazados y nuestros protagonistas los llevan a sus respectivas casas, ahí puede empezar el proceso. Mediante la medición por parte de alguno de los observadores, sea Mar o Ginés, se llevará a cabo el proceso de teletransportar cuánticamente. Un detalle de muchísima importancia es que la información cuántica no se puede copiar. Esto quiere decir que, como en el ejemplo del escaner que poníamos antes, tenemos que destruir el estado inicial para que no existan simultáneamente dos copias de las partículas.

 

¿Teletransportación cuántica de Humanos?

Llegados a este punto muchos quizás estéis pensado que todo es muy bonito pero, vosotros, y por supuesto Mar y Ginés, os preguntáis: ¿podemos teletransportar gente? Bueno lo primero que hay que tener en cuenta que un Humano está compuesto aproximadamente por 100000000000000000000000000000 partículas. Cada partícula, además, tendrá varias propiedades que la definen (como el color de la camiseta en nuestro ejemplo anterior).

 

Pero no sólo el número de partículas es un inconveniente, además de eso, es que si hablamos de una persona, la teletransportación de todas esas partículas debería ser instantánea. Si no, imagina que primero medimos y desarmamos un brazo, poco a poco…¡seguro que eso duele mucho!

 

 

Visto así se podría decir que la teletransportación cuántica de Humanos es una tarea imposible, sin embargo, es un tema más controvertido de lo que podría parecer. Parece ser que hay tres corrientes de pensamiento distintas: Los del sí, los del no, y los del Alma (los nombres me los he inventado yo). Éstos últimos serían aquellos que defienden que un Humano está compuesto por cosas que están más allá de la Ciencia, por lo tanto, desde el punto de vista de la física cuántica, de la Ciencia, no podemos argumentar nada en este sentido.

 

Los del no son aquellos que defienden que un Humano, como un todo, no es un ente sujeto a las leyes de la mecánica cuántica y que, por lo tanto, jamás podrá “usar” un proceso puramente cuántico como la teletransportación. Los del sí, sin embargo, usando argumentos muy complejos pero con base matemática, dicen que el Humano, como un todo, sigue siendo un ente cuántico y que por lo tanto podría, en teoría, entrelazarse con otro “estado”.

 

¡Lo sé!, todo esto es un poco complicado, pero solo queremos dejar claro que a día de hoy no sabemos si en un futuro podremos realizar la teletransportación cuántica de personas.

 

Y entonces, ¿para qué sirve y por qué debería importarme?

Alguno se preguntará, si no puedo teletransportar objetos macroscópicos como personas o pizzas, ¿por qué es útil la teletransportación cuántica? Pues resulta que puede ser extremadamente útil para la computación cuántica.

 

Este tipo de computación es la que hace uso de las propiedades de la física cuántica para operar sobre datos. El entrelazamiento y la superposición de estados (el hecho de que una partícula antes de ser medida pueda llevar simultáneamente las dos camisetas con una cierta probabilidad) son las piezas claves de este nuevo paradigma de la computación.

 

Las computadoras “clásicas” (cualquier ordenador) hace uso de un sistema binario de bits, 1 y 0, para encriptar la información. Sin embargo, la computación cuántica usa los quantum bits o qubits, que además de estos dos estados, pueden estar en una superposición de 1 y 0.

 

 

La teletransportación cuántica será una puntos clave a la hora compartir información de forma instantánea entre diferentes computadoras. Esto incrementará de forma inimaginable las capacidades de cálculo de estos ordenadores del futuro. No sólo realizando procesos que a día de hoy tardan meses si no además, pudiendo acceder a la resolución de problemas que actualmente están muy lejos de poder resolverse. Claramente el futuro de nuestros ordenadores pasa por la telestransportación cuántica.

 

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Sobre el autor

Doctor en Física Teórica. Proyecto de escritor y explorador de la fusión Ciencia-Arte. Me fascinan Beethoven y tocar el piano, la halterofilia y el snowboard, la materia oscura y mirar al cielo, todo muy normal.

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