¿Qué es la computación cuántica?

El reconocido físico Richard Feynman fue uno de los primeros en instalar, en 1982, la idea de un “computador cuántico”, máquina que aprovecharía las propiedades de la mecánica cuántica para realizar cálculos imposibles para un computador clásico. Si bien en sus inicios el interés por los computadores cuánticos se remitía solo a la teoría, a principios de los años 90 comenzaron a surgir los primeros algoritmos que realmente se beneficiarían de un computador cuántico. Desde entonces, la investigación se ha volcado no solo a la teoría de la computación cuántica, sino también a intentos de construir estas máquinas con una capacidad de cómputo mucho mayor a lo que podamos imaginar.

Un chip con cuatro bits cuánticos, o qubits. Imagen: Erik Lucero vía Physics Central.
Un chip con cuatro bits cuánticos, o qubits. Imagen: Erik Lucero vía Physics Central.

Este artículo es una brevísima y muy superficial introducción a lo que significa, hoy, hablar de computación cuántica. Al estar basada en la mecánica cuántica, una rama de la física extremadamente difícil de comprender por intuición (ya que todo lo que ocurre en el dominio de la física cuántica es totalmente distinto a lo que acostumbramos en nuestra vida diaria), la computación cuántica también está llena de conceptos difíciles de entender y mucho más de explicar, pero que intentaré aclarar lo más posible. Porque, en palabras del mismo Feynman:

Si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica.

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¿Por qué es tan importante la detección de ondas gravitacionales?

Exactamente 100 años después de que Einstein predijera la existencia de las ondas gravitacionales, el equipo científico de LIGO (siglas de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ha anunciado que éstas fueron detectadas directamente. El 14 de septiembre de 2015, a las 9:50 UTC, una señal consistente con ondas gravitacionales fue recibida por dicho interferómetro. Después de varios meses de análisis, se confirmó: LIGO captó, por primera vez en la historia, ondas gravitacionales.

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La detección directa de ondas gravitacionales trae consigo enormes implicancias. Por un lado, es una confirmación empírica más de la Relatividad General de Einstein (la primera se obtuvo gracias a un eclipse de Sol). Por otra parte, el descubrimiento abre las puertas de una nueva era para la astronomía, la astronomía de ondas gravitacionales, que sin el uso de telescopios como los conocemos permitiría observar por primera vez los elusivos agujeros negros, entre otros objetos imposibles de detectar con los instrumentos actuales.

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Usando rayos cósmicos para explorar el interior de las pirámides egipcias

¿Alguna vez te han hecho una radiografía? Si es así, tu cuerpo fue bombardeado por una dosis segura de Rayos X, para poder ver los huesos en su interior. El proceso general de utilizar ondas electromagnéticas para analizar el interior de distintas estructuras se llama tomografía, y es utilizado en diversas áreas incluyendo medicina, biología, arqueología, incluso seguridad: las maletas pasan por un tomógrafo en el aeropuerto para ver su contenido.

Un tipo de tomografía especial ha sido utilizado, desde los años 60s, para analizar el interior de unas de las estructuras hechas por el hombre más fascinantes que existen en nuestro planeta: las pirámides egipcias. En noviembre de 2016, un nuevo proyecto utilizará una técnica llamada tomografía muónica para determinar cómo fue construída la estructura interna de las pirámides de Giza y Dahshur, e incluso descubrir si hay cámaras secretas en su interior.

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Las pirámides de Giza, en Egipto. Imagen vía Encyclopaedia Britannica.

Este caso no es tan simple como tomar una radiografía de las pirámides, ya que necesitamos una fuente que emita un tipo de radiación altamente energética, capaz de atravesar por completo las gruesas paredes y todo el volúmen de las pirámides.

Por suerte, el Universo nos provee de radiación lo suficientemente energética para lograr este objetivo: los rayos cósmicos.

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El terremoto 8.4 en Chile fue detectado por las partículas del LHC

El 16 de septiembre de 2015, a las 19:54 horas, un terremoto 8.4 azotaba la zona Centro-Norte de Chile. Debido a su magnitud, el sismo no sólo se sintió en Illapel (el epicentro) y sus alrededores, sino que incluso en ciudades a un par de miles de kilómetros de distancia, como Buenos Aires y Sao Paulo.

Sim embargo, el terremoto repercutió también en un lugar muchísimo más lejano, a casi 12.000 kilómetros de distancia, y con un océano de por medio: Ginebra, Suiza. En particular, en el Gran Colisionador de Hadrones, más conocido por sus siglas en inglés: LHC.

Una sección del LHC. Imagen vía CERN.
Una sección del LHC. Imagen vía CERN.

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Sonificación: escuchando la música de las partículas en el LHC

El Large Hadron Collider o Gran Colisionador de Hadrones, más conocido como LHC, es el colisionador de partículas más grande y poderoso del mundo, además de ser el instrumento experimental más grande jamás construído. Perteneciente al CERN, Organización Europea para la Investigación Nuclear, es una circunferencia de 27 kilómetros, ubicada 175 metros debajo de la frontera entre Francia y Suiza, donde se realizan los experimentos más energéticos hasta ahora. Se busca, principalmente, descubrir diversas partículas que hasta el momento son sólo hipotéticas: la física teórica de partículas muestra que deberían existir, pero aún no han sido detectadas experimentalmente. Algunos ejemplos son el ya famoso Bosón de Higgs, del cual se han descubierto fuertes candidatos, y el pentaquark, el cual puede haber sido descubierto hace una semana, pero aún falta confirmación.

Una sección del LHC. Imagen vía CERN.
Una sección del LHC. Imagen vía CERN.

En el LHC, distintas partículas viajan a velocidades un 99.9999991% de la velocidad de la luz, el límite máximo de velocidad en el universo. Esto, ya que para detectar las subpartículas que se quieren descubrir, partículas más grandes deben chocar a niveles altísimos de energía. Sólo así pueden, al chocar, emitir sus partículas más pequeñas, que son las que se busca detectar en estos experimentos.

La forma en que se toman los datos de cada experimento permiten transformar los resultados a sonidos, mediante un proceso llamado sonificación. A continuación te explicamos cómo funciona, y presentamos algunos ejemplos de las melodías que generan las partículas al viajar y chocar en este extenso túnel.

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