2025, el Año Internacional de la Ciencia y Tecnología Cuánticas

El 7 de junio de 2024, la Organización de las Naciones Unidas anunció que 2025 sería el Año Internacional de la Ciencia y Tecnología Cuánticas, con el objetivo de desarrollar “iniciativas a todos los niveles destinadas a aumentar la conciencia pública sobre la importancia de la ciencia cuántica y sus aplicaciones”.

El origen de esta decisión radica en que en 2025 se cumple un siglo de la formulación de la primera versión de la mecánica cuántica, teoría dedicada a explicar el comportamiento de los elementos y fuerzas sobre las que se edifica el mundo que nos rodea y del que formamos parte, el mundo de, aunque esta frase tenga sus limitaciones, “lo microscópico”.

Elogio de la ciencia: no da felicidad, pero sí dignidad

Fue el físico alemán Werner Heisenberg (1901-1976) quien elaboró esa teoría, en su versión denominada “mecánica cuántica matricial”, por el uso que se hacía en ella de un instrumento matemático llamado “matrices”. El artículo en el que Heisenberg, un joven de 23 años, publicó su teoría apareció en el número del 18 de septiembre de 1925 de la revista Zeitschrift für Physik, bajo el título, en absoluto transparente para los no iniciados, de “Reinterpretación teórico-cuántica de relaciones cinemáticas y mecánicas”.

Con él se culminaba un largo proceso, cuyo punto de partida más evidente fue la introducción de los denominados “cuantos” de radiación por Max Planck en 1900. Un proceso en el que intervinieron muchos científicos, físicos sobre todo, pero también algunos matemáticos y químicos (los casos, por ejemplo, de David Hilbert y Walther Nernst).

La historia de la creación de la mecánica cuántica es muy diferente a otras historias de la ciencia, dominadas por aportaciones de científicos únicos, como son los casos, por ejemplo, de Newton y la formulación de una teoría del movimiento de los cuerpos, completada con una ley que daba cuenta de la fuerza gravitacional (1687); de Darwin y la teoría de la evolución de las especies (1859); o de Einstein y las teorías especial y general de la relatividad (1905 y 1915).

De hecho, en 1926, muy poco después de haberse presentado la mecánica cuántica matricial de Heisenberg, otro físico, este austriaco y no tan joven, Erwin Schrödinger (1887-1961), creó otra formulación diferente de mecánica cuántica, conocida como mecánica cuántica ondulatoria, menos abstracta, más “visualizable” que la de Heisenberg, aunque pronto se demostró que ambas eran equivalentes.

Los mundos de Ícaro

Y fue la de Schrödinger la que se impuso, la, de lejos, más utilizada. He aquí otro ejemplo de descubrimiento simultáneo, como el de los quarks (al que me referí hace dos semanas), o el de la teoría de la evolución de las especies, a la que también llegó Alfred Russel Wallace, aunque con muchos menos argumentos que Darwin para apoyarla.

La relatividad einsteiniana, con sus novedosas nociones de tiempo y espacio (relativos), o de un espacio-tiempo curvo y cambiante, que acoge situaciones cósmicas tan sorprendentes como la expansión del universo o los agujeros negros, unida a la personalidad de su autor, ha fascinado a todo tipo de personas, poseyeran o no conocimientos científicos, pero la radicalidad e importancia de la física cuántica no tiene parangón. Radicalidad en los conceptos que ha introducido sobre la realidad última del mundo, de la estructura de la materia y las fuerzas que subyacen en ella.

La "segunda revolución cuántica" tendrá enormes repercusiones en el conjunto de la sociedad y en la propia ciencia

Y la importancia de haber cambiado, literalmente, el mundo con sus aplicaciones. A la cabeza de estas la invención en 1947 del transistor, un producto de la física cuántica que ha marcado un antes y un después en la historia de la humanidad. Transistores que están inscritos a millones en los circuitos integrados que dirigen el funcionamiento y operaciones de todo tipo de productos tecnológicos, como los ubicuos y absorbentes telefónicos inteligentes, los poderosos ordenadores, lavadoras, hornos de cocina, o vehículos, sin olvidar el papel esencial que desempeñan en, por ejemplo, las operaciones del mercado de valores.

La invención del transistor, el desarrollo de la física del estado sólido, que ha permitido introducir nuevos materiales y mejorar los ya existentes, la superconductividad o la superfluidez, son algunos de los hitos con aplicaciones “prácticas” de parte de los primeros cien años de existencia de la física cuántica. En el dominio del conocimiento “teórico” habría que mencionar logros como la electrodinámica cuántica y el modelo estándar, culminado –por el momento– con el hallazgo en el acelerador LHC del CERN del bosón de Higgs.

A esta fase de la física cuántica, algunos científicos, como Alain Aspect –Premio Nobel de Física de 2022– en su reciente libro Einstein and the Quantum Revolutions (The University of Chicago Press, 2024), la han denominado “la primera revolución cuántica”, a la que ha seguido la, en curso, “segunda revolución cuántica”, que tiene su gran protagonista en un concepto que Schrödinger introdujo en 1935, y de manera implícita, el mismo año, Einstein junto a dos colaboradores suyos, Boris Podolsky y Nathan Rosen: el entrelazamiento, la propiedad, exclusivamente cuántica, de conectar, como si formaran un único estado, partículas o sistemas cuánticos que estuvieron unidos pero que se separaron posteriormente, independientemente de a qué distancia se encuentren, algo que aparentemente viola los requisitos de la teoría de la relatividad especial, que pone como límite la velocidad de la luz a la velocidad máxima para cualquier transmisión de información.

El entrelazamiento, junto al desarrollo de técnicas para observar y manipular objetos a escala atómica, ha abierto la puerta a lo que se conoce como “información cuántica”, la de la transmisión encriptada, y a la computación cuántica. De ambos desarrollos ya existen prototipos, “sencillos” sí, pero que muestran que esa “segunda revolución cuántica” tendrá enormes repercusiones en el conjunto de la sociedad y en la propia ciencia.

Preparémonos, por consiguiente, para celebrar el Año Internacional de la Ciencia y Tecnología Cuánticas, y aprovechémoslo para aprender de un nuevo mundo en el que, de hecho, ya estamos comenzando a vivir.