O misterio da mecánica cuántica e a teleportación

Desde finais do século pasado sabemos que a teleportación é posíbel, é dicir, a transmisión instantánea de información entre dous lugares, sen necesidade dun transporte físico. Agora, os experimentos de dous equipos de científicos, demostrando a teleportación de átomos, traen de novo os misterios da mecánica cuántica ao primeiro plano. De qué estamos a falar? É posíbel a teleportación de, por exemplo, persoas? Están tolos estes físicos?

Falar de teleportación é falar de mecánica cuántica, e falar de mecánica cuántica é falar de teorías e comportamentos dificilmente asimilábeis polas nosas mentes, acostumadas a vivir nun mundo determinista, onde os sucesos son entes obxectivos que poden ser explicados por unhas causas concretas. A mecánica cuántica, a máis exacta das teorías físicas, é tamén a máis misteriosa: poden existir sucesos sen causa aparente e ata a existencia mesmo de realidade obxectiva está en cuestión. Tratar de comprender algo de mecánica cuántica é un exercicio de abstracción moi útil; axuda a ter unha visión humilde do mundo mental e físico que habitamos, a ser conscientes de que grande parte das nosas crenzas, dogmas e intuicións non son máis que construcións útiles para poder entender o mundo de cada día…mais erróneas cando se observan a través do prisma da física máis crúa e próxima á verdadeira realidade – se é que existe algunha.

O amigo contra-intuitivo
A teoría cuántica é complexa e, sobre todo, extravagante, en conflito constante coa intuición. Murray Gell-Mann, un dos maiores expertos neste difícil campo, ten comentado que “ninguén se sinte perfectamente confortábel con ela”; e outro famoso científico, Richard Feynman, (físico, escritor, contacontos e músico) afirma: “Se alguén di que entende a mecánica cuántica, é que non a entende”. Os que non somos expertos o único que podemos facer é captar o sentido e a importancia dalgúns dos seus postulados. Teño un amigo que é dos que está perto de coñecer o mundo cuántico; se chama William (Bill) Bies, e o ano pasado, cando compartía piso con el en Cambridge (EEUU), me regalou un libro titulado “The Strange World of Quantum Mechanics”, de Daniel Styer. Bill, que é a viva imaxe do protagonista de “Unha mente marabillosa”, dedica o seu tempo a investigar o “caos cuántico” (quantum chaos) nun laboratorio da Universidade de Harvard. Ese libro foi unha estupenda axuda para a navegación polos misterios da física.

Unha teoría necesaria…
A maioría dos conceptos que todos temos sobre as propiedades físicas do mundo pertencen á mecánica clásica, a cal se empezou a desenvolver no século XVII. Esta teoría é unha boa aproximación para explicar a maioría dos fenómenos cotiáns, pero…é errónea. Albert Einstein se decatou de que non funcionaba cando se aplicaba a obxectos que se moven a velocidades moi altas (próximas á velocidade da luz), e por tanto desenvolveu, a principios do século XX, unha teoría nova para o mundo físico: a mecánica relativista. Ao mesmo tempo, Einstein e outros físicos (Planck, Bohr, Heisenberg, de Broglie, Schrödinger, etc) se decataron de que a mecánica clásica tampouco funcionaba ben ao seren aplicada a obxectos moi pequenos, como os átomos. Para solucionar o problema desenvolveron unha teoría alternativa, totalmente nova: a mecánica cuántica.

…mais difícil de trincar.
A mecánica clásica é unha teoría determinista: a partir dunha situación coñecida é posíbel predecir o estado seguinte, non hai lugar para o azar. A mecánica relativista tamén é determinista. Pola contra, a mecánica cuántica mostra un Universo totalmente diferente, no cal é imposíbel facer calquera tipo de predicións, xa que o comportamento da materia se basea en probabilidades: segundo isto, é imposíbel predecir o resultado dun experimento, o único que se pode facer é estudar as probabilidades dos posíbeis resultados. Isto, levado ao extremo, nos obligaría a aceptar que non é posíbel describir un mundo obxectivo, que os átomos non existen e que simplemente son construcións abstractas útiles para describir o mundo que observamos. Aínda que estas afirmacións poidan producir inquietude, a mecánica cuántica é a teoría máis exitosa de toda a historia da humanidade. O láser, o microscopio electrónico, o transistor, os supercondutores e, proximamente, os computadores cuánticos son algúns dos seus produtos.

Xenios en apuros
Aínda que agora o mundo cuántico está aceptado pola maioría dos físicos, ao principio moitos deles se sentían realmente incómodos con esa interpretación probabilística das súas vidas, coa inexistencia dun mundo físico obxectivo. Einstein era un deles, e o 4 de decembro de 1926, nunha carta a outro gran físico da época, Max Born, dicía:
“A mecánica cuántica é moi impresionante. Mais unha voz interior me di que non é o camiño correcto. A teoría di moito, mais dificilmente nos achega ao segredo do Vello. En todo caso, estou convencido de que El non xoga aos dados”.
Aínda que esta última frase se fixo moi coñecida, todo apunta a que o xogo dos dados está moi estendido polo universo. O principal problema é que para nós, organismos que tratan de entender o mundo no que viven, a mecánica cuántica é unha teoría que ten unhas consecuencias que son totalmente contrarias ao sentido común. Non hai nada malo niso, é cuestión de pensar de maneira aberta: o sentido común o aplicamos ás situacións cotiás e que funcionan nunha escala que nos é familiar, mais hai que ter en conta que o mundo cuántico trata de explicar o mundo a nivel atómico, un nivel infinitesimal ao que non temos acceso. A consciencia, o funcionamento do noso cerebro, está adaptado por miles de millóns de anos de evolución a resolver problemas nun mundo macroscópico, por iso é difícil que aprehenda facilmente o estraño comportamento do mundo atómico.

Consecuencias misteriosas
Cómo se comporta a materia a niveles atómicos, cuánticos? Para comprendelo é preciso renunciar a conceptos moi arraigados sobre a natureza da realidade. Hai moitas consecuencias curiosas desta teoría: por exemplo, non é posíbel observar ou estudar nada sen modificalo; os experimentos modifican a realidade que tratan de estudar. Inclusive máis retorcido é o concepto de que hai materia que pode existir en dous estados/sitios ao mesmo tempo, e que só se converte en realidade cando é observada (medida/experimentada/cuantificada). Polo tanto, o aspecto dun obxecto a nivel cuántico depende da maneira na que se “interroga o sistema”. Outra consecuencia desta teoría é que permite que unha partícula (un fotón, un átomo, etc) se encontre en dous lugares…ao mesmo tempo!; ou, tamén, que a modificación dunha partícula pode afectar de maneira instantánea a outra partícula similar que se encontra noutro lugar, non importa o grande que sexa a distancia.

A teleportación existe
Estas últimas conclusións levaron aos científicos a tomarse en serio a teleportación. Se as partículas poden influír unhas sobre outras de maneira instantánea e a calquera distancia, ao mellor isto pode ser usado para transmitir información. No ano 1997 se publicou un artigo na revista Nature titulado “Experimental quantum teleportation”, no cal uns científicos demostraron que era posíbel transmitir información entre dous fotóns (partículas de luz) de maneira instantánea e sen importar a distancia. Agora, outros dous grupos de científicos acaban de conseguir a teleportación de partículas máis complexas: átomos de calcio e de berilio. Parece ser que no Universo as partículas se encontran relacionadas, “enredadas” entre si, de maneira que a modificación dunha delas afecta de maneira instantánea ao seu “xemelgo” distante. Esta característica ten unhas posibilidades enormes para o mundo da comunicación e para a creación de novos computadores. Xa se está a experimentar na creación de ordenadores cuánticos, nos cales a transmisión de información (de bits cuánticos: qubits) poderá ser instantánea e sen necesidade de contacto físico entre os seus compoñentes.

Límites
Será posíbel, no futuro, a teleportación de organismos complexos? Poderemos viaxar ás illas Caimán de forma instantánea? Parece difícil, inclusive na teoría. De momento as partículas teleportadas son idénticas ás orixinais nun 75 %, o resto de información se perde no propio proceso. Por outro lado, as distribucións estatísticas de partículas nun organismo biolóxico son extremadamente complexas, e non está demostrado que as leis do mundo cuántico (pequeno) se poidan aplicar a sistemas formados por billóns de partículas.

A fin de contas, os seres vivos somos as estruturas máis complexas que coñecemos. Star Trek aínda queda lonxe…bastante máis que as illas Caimán.

Un libro

Dous artigos
- teleportación con ions de calcio

- teleportación con ions de berilio