Pep Vañó Piedra
Departament de Física i Química

 

El científic francés Serge Haroche i l’estadounidenc David Wineland han guanyat el premi Nobel de Física per les seues investigacions pioneres en el camp de l’òptica quàntica.

La fotònica és la ciència que estudia la creació, el control i la detecció dels fotons i de les seues interaccions amb la matèria. Els fotons són les partícules elementals d’intercanvi lligades a la força electromagnètica.

L’objectiu principal de la fotònica és estudiar les aplicacions tecnològiques de la llum posant èmfasi en la comprensió dels principis físics que estan a la base dels sistemes fotònics. En concret, diferents fonts i detectors de llum. Cal conéixer la propagació de la llum en diferents medis materials com dielèctrics, guies d’ona òptiques, cristalls fotònics, metamaterials i medis no lineals així com la modulació de la llum a través d’efectes electro-òptics, acusto-òptics, magneto-òptics, moduladors espacials de llum o filtres.

 

Serge Haroche, de l’Escola Normal Superior de París (dreta) i David Wineland, de l’Institut Nacional de Normes i Tecnologia d’ EE.UU ( esquerra)

“Els guardonats han encetat la via a una nova era de l‘experimentació en la física quàntica en demostrar l’observació directa de partícules quàntiques individuals sense destruir-les”, destaca la Reial Acadèmia de Ciències de Suècia en el comunicat en el qual anúncia els premis Nobel.

Els seus descobriments han sentat les bases de l’actual investigació fotònica, que aprofita les propietats de les partícules de la llum (els fotons) per crear noves tecnologies i aprofundir en la comprensió de les lleis físiques. Entre els avanços que s’han derivat d’esta línia d’investigació, l’acadèmia sueca destaca els ordinadors quàntics ultraràpids i els rellotges quàntics ultraprecisos.

Haroche, de 68 anys, és professor del Collège de France i de l’ École Normale Supérieure a París. Wineland, també de 68 anys, és físic de l’ Institut Nacional de Estèndards i Tecnologia (NIST) a Boulder (Colorado, EE.UU.). Ambdós compartiran els 8 milions de corones sueques (uns 900.000 euros) del premi.

Treballant de manera independient, Wineland i Haroche aconseguiren un fita que es considerava inabastible: manipular partícules individuals sense  que es perderen les seues propietats quàntiques. Wineland ho aconseguí utilitzant fotons per a immovilitzar àtoms amb càrrega elèctrica elèctrica (ions) i estudiar les  seues propietats. Haroche ho aconseguí utilitzant l’estratègia oposada: utilitzà àtoms per immovilizar fotons i estudiar les  seues propietats.

 

Abans  que Wineland i Haroche presentaren estos avanços, no era possible investigar experimentalment les propietats quàntiques de les partícules. Tampoc era possible desenvolupar noves tecnologies basades en estes propietats.

Donat que les partícules individuals perden les seues propietats quàntiques quan interactuen amb el seu  entorn, les investigacions es veíen limitades a treballs teòrics fins que Wineland i Haroche aconseguiren capturar-les i estudiar-les una a una.

“Els seus  mètodes innovadors han permés donar les primeres passes envers la construcció d’un nou tipus d’ordinador superàpid basat en la física quàntica”, destaca  l’acadèmia sueca. Fou el propi Wineland qui demostrà per primera vegada que era possible fer operacions de computació amb bits quàntics (el computador quàntic es basa en quelcom que és el qubit, que és una combinació de zeros i uns, exactament són estats que a la vegada  són zeros i uns… les dues coses a la vegada).

Però,  estes operacions s’han limitat fins ara  a uns pocs qubits, “no  hi ha motiu per pensar a priori que no siga possible aconseguir estes operacions amb molts més qubits”. L’ordinador quàntic, segons l’acadèmia sueca “tal vegada canviarà la nostra  vida diària d’una manera tan radical com l’ordinador clàssic la canvià en el segle passat”.

En el cas dels qubits, estos serien uns i zeros al mateix temps…

En termes pràctics, manipular qubits és equivalent a allò que un fa a la computació convencional en paral·lel. És com posar milers de milions de computadors a treballar al mateix temps. Aleshores, els temps de còmput baixen espectacularment. Treballs molt complicats es farien en microsegons. O siga, obriria, doncs, possibilitats que ara estan tan sols latents. Per exemple, ajudaria a la predicció del temps. Hui en dia sabem com es pot predir el temps, però en termes pràctics no es pot fer perque cal respoldre equacions simultànies que trigarien anys. Amb el computador quàntic serien minuts i un podria predir el temps, manipular les imatges tridimensionals sense problemes, fer holografies,etc.

Altre ús molt important és en el camp de la criptografia. Hui en dia, per exemple números que no es poden descomposar en factors prims, sinó esmerçant una gran quantitat de temps. Si un fa l’operació per descomposar els factors prims, trigarà massa temps i aleshores no es podrà trencar la clau. En canvi, amb un computador quàntic  es faria en qüestions de milisegons, podria trencar les claus sense cap problema.

Qué és exactament la teleportació?

És replicar un estat quàntic a distància sense que haja transmissió de cap tipus de senyal. No és que un teletransporte un objete d’un lloc a un d’altre., el que es fa es tenir un estat quàntic:  barrejar muntar i davallar on està vosté i a la vegada que aixó es transmeta aquí on jo estic assegut i poder representar eixe estat, a la distància i de manera instantània i sense cap comunicació  de tipus físic.

També Wineland construí un rellotge quàntic cent vegades més precís que els rellotges  atòmics de cesi que s’utilitzen actualment per mesurar el temps. La seua  precisió és tan alta que, si s’haguera posat  en marxa al principi del temps fa  13.700 milions d’anys, quan es produí el Big Bang, hui tan sols  estaria desfasat cinc segons.

Per a saber més

La porta dels tres panys Una aventura quàntica

El llibre explica i il·lustra el món de la física quàntica d’una manera divertida, sorprenent i molt senzilla, perquè petits i grans puguen entendre i endinsar-se en els misteris de l’univers i la matèria

Sonia Fernández-Vidal Oriol Malet (il·lustr.)

Col·lecció: Narrativa Singular,  43

Edat: a partir de 10 anys

Gènere: Novel·la

Com a recomanació final us presentem aquest màgic recorregut pel temes fonamentals de la física, a través de les peripècies del simpàtic aventurer En Tompkins, inventat per George Gamow (1904-1968), un dels científics més eminents i populars del segle XX