Umesh Vazirani
"I think I can safely say that nobody understands quantum theory"
Richard Feynman
Umesh Vazirani no es sólo un maravilloso maestro y un físico sobresaliente. Es un bálsamo. Vazirani ocupa la cátedra Roger A. Strauch como profesor de ingenieria eléctrica y ciencias de la computación en UC Berkeley es un investigador de primera fila, dirigiendo el Centro de Computación Cuántica de ese centro universitario. Imparte un precioso curso de iniciación a la computación cuántica en la plataforma edX, una disciplina de la que es uno de sus fundadores.
Es difícil encontrar un concepto tan extraño para nuestra experiencia como el mundo cuántico, en el cual hemos de luchar constantemente con nuestra forma de pensar usual y nuestras intuiciones, contra ese prejuicio clásico con el que estamos acostumbrados a vivir. En la naturaleza ocurren muchas cosas que desafían a nuestras ideas preconcebidas, y el mundo microscópico que estudia la mecánica cuántica es el epítome de esa inaprehensibilidad que en realidad define lo que nos rodea y lo que somos íntimamente.
La computación cuántica es un campo muy novedoso, y está avanzando a gran velocidad últimamente. Cuando tengamos disponibles ordenadores cuánticos plenamente funcionales, empezaremos a comprender el alcance de la revolución que pueden representar. Al mismo tiempo, la computación cuántica tiene sus limitaciones, y estas forman parte de lo más básico de la naturaleza de la materia.
En 1992 Vazirani se interesó en un documento de Richard Feynman que sentaba las bases de la computación cuántica y decidió desarrollarlo. Antes de aquella intuición de Feynman reinaba en el mundo de la computación la Hipótesis Extendida de Church-Turing (de la que he hablado en otros posts) que implicaba que ciertos problemas podían ser resueltos por ordenadores y otros jamás podrían serlo.
Richard Feynman
Vazirani intuyó que, de extender la computación al mundo cuántico, la Hipótexis Extendida podría saltarse, y ciertos problemas que son actualmente irresolubles podrían ser resueltos. La investigación de Vazirani ha llevado a abrir un nuevo campo, el de la Teoría de la Complejidad Cuántica. Así, partiendo de la semilla puesta por uno de los más grandes físicos de todos los tiempos, Richard Feynman, Vazirani está contribuyendo a abrir el camino hacia una terra incógnita de investigación que sólo hemos empezado a atisbar.
Es un privilegio que nuestra generación tenga acceso a las personas que están en la frontera de la investigación en muchos campos, y que sean nuestros profesores. Las clases de Vazirani son como bajar un río tranquilo, lo que en un asunto como el cuántico, y aunque se trate de un curso inicial, es un mérito enorme. Y promete mejorarlas aún más en el futuro, gracias al poderoso feedback que se obtiene de los alumnos de la iniciativa edX.
Termino dejándoles un video de Feynman en el que el físico diserta sobre el mítico experimento de la doble rejilla, tal vez el mejor ejemplo de las paradojas que se producen en el mundo que estudia la mecánica cuántica. Fue grabado por la BBC en 1964 en la Universidad de Cornell, y era parte de las "Messenger Lectures" de aquella universidad, que fueron iniciadas en 1924. Vazirani usa el experimendo de la rejilla como paradigma central en el inicio de su curso.
El experimento de la doble rejilla, también conocido como el Experimento de Young (que lo realizó en 1803), es uno de esos casos a los que se vuelve una y otra vez, tanto en las clases de física de las universidades de todo el mundo, como entre experimentadores y físicos.
En su día sirvió para que triunfara (temporalmente) el modelo ondulatorio de la luz sobre el corpuscular que había diseñado Isaac Newton, pero también contiene otras cosas, por un lado las asombrosas revelaciones, recreables macroscópicamente en un laboratorio, de la dualidad de la materia como corpúsculo y onda (el experimento se ha realizado con electrones, con fotones, con protones y con partículas matéricas de aún mayor masa, demostrando que poseen cualidades de onda y de partícula), probando sencillamente cómo los comportamientos esperados en ambas características de la materia están presentes en él, y por el otro, las incertidumbres inherentes al mundo cuántico, que nos revelan la paradoja de que una partícula pasa a la vez por las dos ranuras interfiriendo consigo misma, por ejemplo, o que, si el fenómeno es observado, se pierde la cualidad de interferencia.
Estos resultados han sido fuente de muchas teorías y controversias aún no resueltas a lo largo de los últimos años, y que han llevado a modelos como el de los Muchos Mundos o el de la decoherencia cuántica. Este último viene a intentar resolver el problema satisfactoriamente, y plantea otros nuevos (precisamente el gran problema para crear ordenadores cuánticos funcionales en la actualidad estriba en cómo solucionar esa pérdida por ahora inevitable de la coherencia de las funciones de onda de la naturaleza cuántica).
El experimento de Young sigue sin ser satisfactoriamente explicado, y nos pone cara a cara con la naturaleza estocástica de la materia que nos forma, así como con las fronteras entre reinos incompatibles (el universo clásico y el cuántico) pero inevitablemente imbuidos el uno en el otro, y nuestro propio pensamiento, en ocasiones el último obstáculo para enfrentar la realidad y un modelo satisfactorio que la explique. En todos estos campos, Vazirani y sus colaboradores están trabajando en estos momentos. Y eso lo hace todo aún más excitante.
"One of the theory's most confounding aspects is that describing the evolution of even a modest-sized system of 500 atoms requires storing more numbers than there are particles in the universe. How and where does nature store all this information? It's baffling."
Umesh Vazirani, citado de este artículo.
Las fotos de este post las localicé respectivamente, en la web de Umesh Vazirani en UC Berkeley (no consta el autor de la fotografía) y en Wikipedia Commons. La foto de Feynman fue realizada para el Fermilab y está en dominio público.
