03/Abr/08

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Tele-transporte: La última frontera

El estreno de la película Jumper estimuló al físico argentino Alberto Rojo, colaborador de este diario, a darle una nueva vuelta de tuerca al viejo sueño del tele-transporte, popularizado desde fines de los '60 por la primera Star Trek

-Una grande de mozzarella y seis empanadas de pollo, Marquitos.

-Cómo no señora. ¿Delivery común o tele-transporte?

-Común. La tele-transportadora me anda fallando. Voy a tener que comprarme la importada.

La escena es ilusoria, en un futuro hipotético en el que una tecnología improbable, el tele-transporte, sea de uso cotidiano. Improbable pero -ahora lo vemos- no imposible.

Los que vieron La Mosca (en sus dos versiones) o recuerdan a Scotty o al señor Spock en Viaje a las Estrellas ordenando "Energize!" reconocen la idea: un cuerpo desaparece en un lugar y aparece en otro. Es el tema de la película Jumper, dirigida por Doug Liman, en la que David (Hayden Christensen), el superhéroe de la película, adolece de una cautivante anomalía genética: con sólo pensar puede transportarse instantáneamente de un lugar a otro.

A pesar de que las críticas fueron pobres, me interesé por la película. Por un lado, porque algunas escenas están filmadas en Gallup Park, un parque de frondosa serenidad al borde del río Huron, a distancia moderada desde mi casa en Ann Arbor. Pero sobre todo, después de leer un artículo en el New York Times sobre su preestreno en un salón del Massachusetts Institute of Technology (el "MIT") y una discusión posterior de la que participaron Liman, Christensen y dos físicos, Edward Farhi y Max Tegmark, expertos en la física supuestamente relevante a la trama.

En la función estaba también Warren Betts, el publicista detrás del proyecto, quien habló de su entusiasmo por la idea después de que un físico del California Institute of Technology le dijera que el tele-transporte era una realidad en el mundo enigmático de la mecánica cuántica.

La conclusión esperable del encuentro fue que el tele-transporte, en su versión actual, tiene poco que ver con la película. En cambio, sí hubo acuerdo por parte de los físicos en que las buenas ficciones son invitaciones a la imaginación científica y a la reflexión sobre la verdadera imposibilidad de ciertas propuestas fantásticas. Me vino a la memoria un ensayo que me cautivó en la adolescencia, "Contracción increíble", en el que Isaac Asimov desmenuza las imprecisiones científicas de la película Viaje fantástico. Un diplomático está a punto de ser asesinado.

Para salvarlo, se reduce un submarino a tamaño microscópico y se lo inyectan en el flujo sanguíneo con una tripulación en la que está, nada menos, Raquel Welch. En un entretenido análisis, Asimov muestra la imposibilidad de esa contracción, entre otras cosas porque el submarino estaría sujeto al bombardeo errático de átomos de tamaño comparable al submarino mismo. Con el tele-transporte la situación es distinta: se trata de una improbabilidad más que de una imposibilidad, algo que insinúa un pasadizo bajo las aguas que dividen ciencia y ficción.

Si lo hace el mail, por qué no la fainá

La tecnología nos invita a extrapolar realidades. Si soy capaz de mandar un fax o escanear una foto y "tele-transportarla" por mail a otro lugar casi instantáneamente, ¿llegará el día en que podamos hacer lo mismo con una persona o una porción de pizza? Miremos esto con más cuidado. Cuando enviamos un fax, lo que mandamos es una copia, un facsímil, y nos quedamos con el original. Con el tele-transporte, tal como ocurre en Jumper o en otras variantes de ciencia ficción, la intención es tele-transportar el original. La "transportadora", a la manera de algunos episodios de Viaje a las estrellas, sería una especie de escáner en el que el original desaparece y se convierte en energía. Esa energía es enviada de algún modo a otro lugar, donde se reconstruye en materia para conformar una copia idéntica, átomo por átomo, del original.

Aquí es donde aparecen varias objeciones. La primera, bajo el cartel más luminoso de la física. En este caso, lo que la fórmula está diciendo es que al convertir a un ser humano de 70 kilos en energía se liberaría un equivalente a miles de bombas de hidrógeno; menos de un gramo de materia convertida en energía destruyó Hiroshima. En otras palabras, esa versión de la transportadora es impracticable.

La segunda alternativa es, a la manera del fax, transportar la información de la configuración atómica precisa de un ser humano e idear algún método para reconstruirlo en otro lugar. Este método está expuesto a dos objeciones. La primera, cuantitativa y la segunda, más fundamental. En su libro La física de Viaje a las estrellas, Lawrence Krauss estimó el número de discos rígidos (de mil gigabytes) necesarios para codificar a un ser humano y obtuvo una pila de cien años luz de altura. Varios lectores objetaron su estimación, pero sin bajar el número a una cantidad "práctica". La segunda objeción tiene que ver con la llamada mecánica cuántica.

Cada medición modifica irremediablemente el original. Por lo tanto, nunca es posible conocer el estado de un sistema contando con un único ejemplar. Lo más interesante de esta historia es que, pese a esta objeción fundamental, en 1993 un grupo de físicos, algunos de ellos del laboratorio de IBM, encontraron un vericueto cuántico que, "destruyendo" la información del original, permite tele-transportar la información completa para una partícula microscópica. La limitación del tele-transporte sería entonces cuantitativa y no fundamental.

Carolina, átomo por átomo

Supongamos un futuro en el que la información completa de Carolina X es enviada casi instantáneamente de Tribunales a Palermo, donde es reconstruida, átomo por átomo, a su configuración original. ¿Se trata de la misma Carolina X o de una mera reproducción? ¿Está toda la identidad de Carolina X contenida en sus átomos? Antes de empezar a escribir este artículo intercambié unos mensajes con Juan Pablo Paz, físico de la UBA con reputación internacional en información cuántica. Juan Pablo me contó una anécdota de un seminario de Asher Peres, uno de los autores del famoso trabajo de 1993. Alguno de la audiencia le preguntó si había alguna esperanza de tele-transportar "el alma" además del cuerpo. Asher respondió, ironizando: Nosotros solamente teleportamos el alma, al cuerpo simplemente lo transportamos. Lo que Asher estaba sugiriendo es que el método de tele-transporte cuántico involucra el envío de información, y no de materia. En nuestro ejemplo, esa información se usaría para reconstruir a Carolina X, con átomos distintos de los que la constituían en Tribunales.

Nuestra identidad está en el orden, en la configuración de la materia que nos constituye, y no en la materia misma. En la leyenda griega, después de matar al Minotauro, Teseo vuelve a Atenas en un barco que los atenienses preservaron mucho después de su muerte. A medida que el barco se deterioraba, reemplazaban el entablado, siempre procurando que su aspecto fuera indistinguible del original. Al cabo de los años cada componente del barco era distinto del inicial. ¿Era el mismo barco?, se preguntaron los filósofos. Para unos la identidad del barco estaba en su forma; para otros en su materia, cuya raíz etimológica es, justamente, "madera". Si pensáramos en un barco en el que se reemplazó cada componente, átomo por átomo, diríamos, en lenguaje actual, que la identidad está en la forma. Nuestro cuerpo, como el barco de Teseo, es una estructura de células que se descartan y reemplazan.

Creamos una nueva piel cada dos semanas, un hígado cada año y medio, y nuestro esqueleto se renueva en unos diez años. Si bien con las neuronas el tema es controvertido, es concebible que al morir seamos reproducciones de nosotros mismos en la juventud.

La cuestión de la identidad es más que filosófica; es uno de los ejes de la mecánica cuántica: las partículas elementales, los constituyentes de los átomos, son absolutamente indistinguibles una de otra. Cada átomo de carbono suyo es idéntico a los míos; cada electrón carece de individualidad. Todavía más, en el mundo cuántico cada partícula microscópica no sólo es indistinguible de las demás sino que, de un modo peculiar, es indistinguible de sí misma. Un electrón dentro de un átomo existe simultáneamente en infinitos lugares cerca del núcleo atómico, y esos infinitos mellizos se constituyen en uno definido al ser detectados, al ser observados. Dicho de otra forma, no se le puede pedir coartada al electrón.

Esta perplejidad microscópica está caricaturizada en la siguiente alegoría, en la que en lugar de infinitas posibilidades para la ubicación del electrón, un cubo está, simultáneamente, en dos estados posibles, A y B. Después de un momento, nuestra mente se "engancha" con una de las dos perspectivas del cubo, A o B. Ese engancharse sería, a grandes rasgos, la detección, la transición de la multiplicidad (dos en este caso) a un estado definido. Ahora tomo dos cubos de tal modo que, si bien antes de la medición ignoramos la perspectiva de cada cubo, sabemos que tienen perspectivas opuestas.

Antes de la medición, los cubos 1 y 2 están "entrelazados"; están simultáneamente en las dos posibilidades, en sus dos identidades, pero uno en la opuesta del otro. Y si medimos el estado de uno de ellos, inmediatamente sabemos el del otro. El entrelazamiento cuántico es un concepto sin un equivalente en nuestra intuición cotidiana, y es lo que diferencia la física cuántica de la clásica: en la física de Newton no hay entrelazamiento; cada cubo está o en A o en B, no en ambas perspectivas a la vez.

El primer experimento de tele-transporte cuántico, realizado en 1997, recurre al entrelazamiento para tele-transportar, no un cubo, sino un fotón, un átomo de luz que, así como el cubo, puede estar en dos "perspectivas" mutuamente excluyentes: la polarización de la luz.

Manual de instrucciones

Digamos que queremos tele-transportar un cubo (un fotón) que está en Tribunales, mandando la información de su estado a Palermo. El estado del cubo (llamémosle cubo X) en Tribunales es una superposición de A y B, digamos, 30% de A y 70% de B. Pero ignoramos la información de esos porcentajes; si lo midiéramos, el cubo pasaría a estar o en A o en B y destruiríamos la información. La salida está en acudir a dos cubos más, llamémosle T y P. El primer paso es prepararlos en un estado de entrelazamiento, como en el caso de los dos cubos que discutimos antes, y transportar (no tele-transportar) el cubo P a Palermo preservando su entrelazamiento con T. Aunque parezca mentira, es posible tener dos fotones entrelazados a distancias grandes. En un experimento de tele-transporte realizado en Viena en 2004, se usaron fotones entrelazados a 600 metros de distancia, usando una fibra óptica tendida por las cloacas debajo del Danubio. El segundo "pase mágico" es entrelazar el cubo X con el T, los dos en Tribunales. Como resultado de ese nuevo entrelazamiento, el estado del cubo en Palermo cambia instantáneamente. En el tercer paso, un observador realiza una medición sobre el estado entrelazado de X y T en Tribunales y le pasa el resultado de esa medición, por teléfono, a un observador en Palermo. En ese proceso, el estado de X se destruye, pero con esa información el observador en Palermo está en condiciones de hacer una operación sobre el cubo P, sin medirlo, por ejemplo rotarlo sobre su eje, y de esa forma el cubo en Palermo pasa a estar exactamente en el mismo estado cuántico en que estaba X: se completó el teletransporte.

¿Se puede extender esto a la enormidad de átomos que componen a Carolina X o a una porción de pizza? Para tele-transportar una pizza a la manera del grupo de IBM es necesario, en primer lugar, tener los átomos necesarios en casa y que esos átomos estén cuánticamente entrelazados con sus correspondientes en la pizzería: muy improbable. En 2001 la Fuerza Aérea estadounidense le encargó a Eric Davis, de la empresa Warp Drive Metrics un estudio de aplicabilidad (con un presupuesto relativamente modesto de 25 mil dólares) del tele-transporte a objetos macroscópicos. La conclusión fue negativa.

Sin embargo, el interés en el entrelazamiento y el tele-transporte cuántico es fundamental para otras potenciales aplicaciones prácticas de la mecánica cuántica. Me comenta Juan Pablo que en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas de las Fuerzas Armadas (CITEFA), en Buenos Aires, él y sus colaboradores están terminando de armar un laboratorio que permitirá trabajar con fotones entrelazados en los próximos meses. Pero, por ahora, delivery común y, de Tribunales a Palermo, el subte.

Alberto Rojo es Profesor de Física de en la Universidad de Oakland, EE. UU. Autor de La física en la vida cotidiana.

Fuente: Crítica. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard