LA INFORMACIÓN CUÁNTICA

Aunque todo esto de la física cuántica y la información cuántica pueda sonarnos a hipermoderno y muy del siglo XXI, como podéis ver en el texto que sigue, la cosa viene desde hace miles de años y aunque las cosas han cambiado mucho, parece que fue, en lo que actualmente llamamos “La India” donde las ideas primigenias sobre lo cuántico, comenzaron a tomar forma. Durante el tiempo en que estudiamos Vedanta Advaita, comenzaron a revolotear por nuestras cabezas las ideas que nos están llevando a este apasionante viaje de la Kinesiología Cuántica y fue durante una sesión de meditación durante un internado, de estudio de esta filosofía hindú que tuve la que podría llamar primera revelación sobre la telekinesiología y la kinesiología quántica.

Prestad atención a este escrito, pues ni mucho menos fueron los famosos Einstein, Eisemberg, Bohr, ni siquiera Schrödinger, quienes descubrieron que la materia estaba formada por elementos minúsculos, la cosa viene desde al menos hace 2.500 años en la India.

ENTREMOS EN MATERIA, UN POCO DE HISTORIA:

EL ATOMISMO.- Es un sistema filosófico que surgió en Grecia durante el siglo V a. C. y en la India hacia el año 200 a. C.- 100 a. C. (Kanada), aunque tal vez mucho antes (Mosco de Sidón), según el cual el universo está constituido por combinaciones de pequeñas partículas indivisibles denominadas átomos (en griego significa que no se puede dividir).

En las antiguas creencias, el átomo se definía como el elemento más pequeño, a la vez extenso e indivisible, del que están hechas todas las cosas. Según el atomismo mecanicista de Leucipo y Demócrito (siglos V y IV a. C.), los átomos son unas partículas materiales indestructibles, desprovistas de cualidades, que no se distinguen entre sí más que por la forma y dimensión, y que por sus diversas combinaciones en el vacío constituyen los diferentes cuerpos. La concepción de la naturaleza fue absolutamente materialista, y explicó todos los fenómenos naturales en términos de número, forma y tamaño de los átomos. Incluso redujo las propiedades sensoriales de las cosas a las diferencias cuantitativas de los átomos.

KANADA.- Kanada fue un filósofo indio, autor de la rama vaisesika de la filosofía niaiá (que enseña que el mundo está formado por un conjunto de partículas). El nombre Kanada es un sobrenombre, relacionado con la leyenda del descubrimiento (en teoría al menos) de las moléculas.

El vaisesika o vaisheshika es uno de los seis darshanas (doctrinas ortodoxas) del hinduismo, junto con vedanta, yoga, sankhia, mimansá y niaia.

BIOGRAFÍA.- Posiblemente vivió alrededor del siglo II a. C.³ Se cree que nació en Prabhas Kshetra (cerca de Dwaraka) en Guyarat (litoral noroeste de la India). Era estudioso del rasavādam, que se considera un tipo de alquimia hindú.

DESCUBRIMIENTO (TEÓRICO) DEL ÁTOMO

Tal como el griego Demócrito de Abdera (460 – 370 a. C.), Kanada tenía una idea de que deberían existir partículas mínimas de tierra, agua, fuego, aire y éter. La leyenda de su descubrimiento es la siguiente: él tenía en la mano una cantidad de comida. Comía pedacitos, desmenuzando el alimento en trozos cada vez más pequeños. En un cierto punto tuvo la intuición de que seguramente tendrían que existir partículas tan pequeñas que no se pudieran partir en más partes. Él llamó a esas partículas aṇu (‘minúsculo’, cognado de mini). A partir de esta leyenda, él es conocido como Kanada (‘que come partículas’).

De acuerdo con las protociencias hinduistas (desarrolladas a lo largo del primer milenio antes de la era vulgar), Kanada creía que los seres vivos estaban compuestos de cinco elementos básicos: tierra, agua, fuego, aire y éter. Pero Kanada llegó más lejos y ajustó la composición de cada tipo de ser vivo:

los vegetales tendrían sólo tierra y agua
los insectos tendrían tierra, agua y fuego
las aves tendrían tierra, agua, fuego y aire
las bestias tendrían tierra, agua, fuego, aire y éter
los humanos (lo máximo de la creación) tendrían tierra, agua, fuego, aire, éter y mente.

PRIMERA IDEA DE LA GRAVEDAD.- Kanada teorizaba que el responsable de la caída de los objetos era el peso (el gurú-tua, la ‘calidad de lo que pesa’).

DEMOCRITO

FILOSOFÍA.- Al negar a Dios y presentar a la materia como autocreada, e integrada por átomos, se convirtió en el primer ateo y en el primer materialista (atomista). Los cambios físicos y químicos se debían a la física no a la magia.

Usando la ciencia racional trata de buscar una explicación de todos los fenómenos naturales partiendo de un pequeño número de principios básicos. Le preocupó también la naturaleza corpuscular de la luz. Demócrito sustenta la teoría de la emisión según la cual la visión es causada por la proyección de partículas que provienen de los objetos mismos. La teoría de la emisión es costumbre atribuírsela a Newton, que la expuso muchos siglos después.

EL ATOMISMO

Demócrito desarrolló la “teoría atómica del universo”, concebida por su mentor, el filósofo Leucipo. Esta teoría, al igual que todas las teorías filosóficas griegas, no apoya sus postulados mediante experimentos, sino que se explica mediante razonamientos lógicos. La teoría atomista de Demócrito y Leucipo se puede esquematizar así:

Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles.

Los átomos se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas.

Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Defiende que toda la materia no es más que una mezcla de elementos originarios que poseen las características de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeñas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demócrito llamó átomos, término griego que significa «que no puede cortarse».

Demócrito pensaba y postulaba que los átomos son indivisibles, y se distinguen por forma, tamaño, orden y posición. Se cree que la distinción por peso, fue introducida por Epicuro años más tarde o que Demócrito mencionó esta cualidad sin desarrollarla demasiado. Gracias a la forma que tiene cada átomo es que pueden ensamblarse, aunque nunca fusionarse (siempre subsiste una cantidad mínima de vacío entre ellos que permite su diferenciación) y formar cuerpos, que volverán a separarse, quedando libres los átomos de nuevo hasta que se junten con otros. Los átomos de un cuerpo se separan cuando colisionan con otro conjunto de átomos; los átomos que quedan libres chocan con otros y se ensamblan o siguen desplazándose hasta volver a encontrar otro cuerpo. Los átomos estuvieron y estarán siempre en movimiento y son eternos. El movimiento de los átomos en el vacío es un rasgo inherente a ellos, un hecho irreductible a su existencia, infinito, eterno e indestructible. .

TEORÍA ATÓMICA

En física y química, la teoría atómica es una teoría de la naturaleza de la materia, que afirma que está compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos. Recién en el siglo XIX tal idea logró una extensa aceptación científica gracias a los descubrimientos en el campo de la estequiometría. Los químicos de la época creían que las unidades básicas de los elementos también eran las partículas fundamentales de la naturaleza (de ahí el nombre de átomo, «indivisible»). Sin embargo, a finales de aquel siglo, los físicos descubrieron que el denominado «átomo indivisible» era realmente un conglomerado de diversas partículas subatómicas (principalmente electrones, protones y neutrones), que pueden existir de forma aislada. El campo de la ciencia que estudia las partículas fundamentales de la materia se denomina física de partículas.

John Dalton.- Aunque su teoría tuvo diversos precedentes, desarrolló su modelo atómico, en la que proponía que cada elemento químico estaba compuesto por átomos iguales y exclusivos, y que aunque eran indivisibles e indestructibles, se podían asociar para formar estructuras más complejas (los compuestos químicos). Esta teoría tuvo diversos precedentes.

La ley de Avogadro permitió deducir la naturaleza diatómica de numerosos gases, estudiando los volúmenes en los que reaccionaban. Por ejemplo: el hecho de que dos litros de hidrógeno reaccionasen con un litro de oxígeno para producir dos litros de vapor de agua (a presión y temperatura constantes), significaba que una única molécula de oxígeno se divide en dos para formar dos partículas de agua. De esta forma, Avogadro podía calcular estimaciones más exactas de la masa atómica del oxígeno y de otros elementos, y estableció la distinción entre moléculas y átomos.

Ya en 1784, el botánico escocés Robert Brown, había observado que las partículas de polvo que flotaban en el agua se movían al azar sin ninguna razón aparente. En 1905, Albert Einstein tenía la teoría de que este movimiento browniano lo causaban las moléculas de agua que «bombardeaban» constantemente las partículas, y desarrolló un modelo matemático hipotético para describirlo. El físico francés Jean Perrin demostró experimentalmente este modelo en 1911, proporcionando además la validación a la teoría de partículas (y por extensión, a la teoría atómica).

La teoría cuántica revolucionó la física de comienzos del siglo XX, cuando Max Planck y Albert Einstein postularon que se emite o absorbe una leve cantidad de energía en cantidades fijas llamadas cuantos. En 1913, Niels Bohr incorporó esta idea a su modelo atómico, en el que los electrones sólo podrían orbitar alrededor del núcleo en órbitas circulares determinadas.

En 1924, Louis de Broglie propuso que todos los objetos, particularmente las partículas subatómicas, como los electrones, podían tener propiedades de ondas. Erwin Schrödinger, fascinado por esta idea, investigó si el movimiento de un electrón en un átomo se podría explicar mejor como onda que como partícula. La ecuación de Schrödinger, publicada en 1926,¹⁰ describe al electrón como una función de onda en lugar de como una partícula, y predijo muchos de los fenómenos espectrales que el modelo de Bohr no podía explicar. Aunque este concepto era matemáticamente correcto, era difícil de visualizar, y tuvo sus detractores.¹¹ Uno de sus críticos, Max Born, dijo que la función de onda de Schrödinger no describía el electrón, pero sí a muchos de sus posibles estados, y de esta forma se podría usar para calcular la probabilidad de encontrar un electrón en cualquier posición dada alrededor del núcleo.

En 1927, Werner Heisenberg indicó que, puesto que una función de onda está determinada por el tiempo y la posición, es imposible obtener simultáneamente valores precisos tanto para la posición como para el momento de la partícula para cualquier punto dado en el tiempo. Este principio fue conocido como principio de incertidumbre de Heisenberg.

Este nuevo enfoque invalidaba por completo el modelo de Bohr, con sus órbitas circulares claramente definidas. El modelo moderno del átomo describe las posiciones de los electrones en un átomo en términos de probabilidades. Un electrón se puede encontrar potencialmente a cualquier distancia del núcleo, pero —dependiendo de su nivel de energía— tiende a estar con más frecuencia en ciertas regiones alrededor del núcleo que en otras; estas zonas son conocidas como orbitales atómicos.

LOS DESAFÍOS DE LA INFORMACIÓN CUÁNTICA

INFORMACIÓN

Sabemos que las palabras son polisémicas. En el ámbito científico ha de procurarse que la relación entre el concepto y la palabra que lo representa sea biunívoca y que dicha relación venga acompañada de una descripción exacta de dicho concepto. Es este un propósito sin esperanza aunque en ocasiones se logren aproximaciones razonables. La palabra información es una de las que más significados admite, ha irrumpido recientemente en el panorama científico y, da-da la fuerza con que lo ha hecho, puede decirse, en cierto modo, que se ha desmadrado.

INTRODUCCIÓN

Hace poco más de un siglo, el descubrimiento de la mecánica cuántica supuso una transformación sin precedentes en nuestra manera de entender el mundo físico, que procede de la mecánica clásica de Isaac Newton. La física newtoniana se basa en observaciones de objetos cotidianos que dieron lugar a leyes que a su vez fueron probadas y difundidas desde entonces. Pero a finales del siglo XIX, los físicos comenzaron a diseñar instrumentos que les permitían investigar la materia diminuta, y descubrieron que la física de Newton no se podía aplicar en el nuevo mundo de lo infinitamente pequeño. Lo que estaba establecido como procesos claros, determinados e inmutables resultó tener, en sus raíces subatómicas, un comportamiento turbio y caprichoso, y de esta manera la ciencia necesitó construir un modelo nuevo para explicar el mundo de lo diminuto: la física cuántica.

La física cuántica no reemplaza a la física newtoniana, que explica los objetos macroscópicos, sino que la complementa por cuanto llega adonde la física clásica no llega: el mundo subatómico. Esto resulta tan revolucionario que los grandes descubrimientos de la relatividad especial y general pueden parecer a su lado como unas simples variaciones sobre cuestiones clásicas. Albert Einstein, el padre de la teoría de la relatividad, detestaba los aspectos aleatorios y “fantasmagóricos” de la mecánica cuántica, y los rechazó durante toda su vida, pero aceptaba que falla la física newtoniana cuando un fenómeno se aleja de la experiencia cotidiana, un extremo que ya había descubierto Max Planck, el padre de la física cuántica.

La teoría cuántica es sin duda uno de los logros intelectuales más destacados del siglo XX porque revoluciona por completo nuestra comprensión de los procesos físicos, y hoy está demostrando sus frutos tras décadas de lentos pero firmes pasos. Actualmente se aplica con éxito en la cosmología: los quarks y los gluones son firmes candidatos a constituir las partículas elementales. La comunidad física domina las fórmulas, pero no se puede decir que comprenda del todo la teoría. En efecto, hay importantes cuestiones interpretativas que siguen sin resolverse, tal vez porque resolverlas exige no sólo una visión física, sino también decisiones metafísicas

La física cuántica revela hechos insólitos que provocan perplejidad, suenan a ciencia ficción. En efecto, los objetos microscópicos tienen propiedades físicas que contravienen nuestra experiencia cotidiana. Son ejemplos de ello la superposición cuántica: una partícula puede estar en muchos lugares a la vez. Y el entrelazamiento cuántico: el estado cuántico de dos átomos hace que estén mutuamente correlacionados, de tal modo que lo que le ocurre a uno le afecta al otro, aun cuando los átomos estén separados, incluso en diferentes hemisferios de la Tierra. Queda visto que al micromundo no lo gobiernan las leyes newtonianas, con las que estamos familiarizados, sino un conjunto de leyes diferente.

Pero disfrutar de las ideas cuánticas no debería ser un patrimonio exclusivo de los físicos teóricos. Aunque la plena articulación de la teoría requiere recurrir a un sofisticado andamiaje matemático, muchos de sus conceptos básicos son accesibles para quienquiera que esté interesado en la historia de estos notables descubrimientos. Puede ser que a los profesionales de la información nos parezca una ciencia remota, ajena a nuestro común interés, pero es evidente que nos afecta, y cada vez más de cerca, porque los científicos están estudiando cómo usar las leyes fundamentales de la física cuántica para mejorar la transmisión y el procesamiento de información, un propósito que promete nuevas y apasionantes tecnologías en el futuro, aunque no está libre de dificultades y limitaciones.

LIMITACIONES FÍSICAS DE LA INFORMACIÓN CLÁSICA

La ciencia de la información cuántica nace, durante las dos últimas décadas del siglo XX, de la intersección de la física, las matemáticas y la informática. Actualmente, el procesamiento de la información cuántica es una aplicación de la física cuántica que representa un enfoque revolucionario para el tratamiento de la información.

Ya sea clásica o cuántica, la información es física. Por lo tanto, nos conviene entender los procesos físicos que afectan el estado de los sistemas que transportan información. Los procesos físicos para el almacenamiento, la transformación y la transmisión de información clásica se rigen por las leyes de la física clásica, pero estas leyes limitan la capacidad de aumentar la velocidad y la densidad de los circuitos clásicos. El principal problema es que los dispositivos generan calor en una magnitud mayor que la

capacidad física de disiparlo (Marinescu y Marinescu, 2012). Esta limitación ha sido la motivación principal para buscar una manera alternativa de construir mecanismos informáticos que superen las dificultades. Y aquí la mecánica cuántica puede ser la solución: la informática cuántica es hoy un camino prometedor.

«si se parte del principio de que la noción fundamental de la mecánica cuántica es la información, emerge una conprensión muy natural de los fenómenos cuánticos». Un gran alivio para nuestro sentido común.