Arxiu del dimecres, 10/10/2012

Nobel de física: Controlant estats quàntics

dimecres, 10/10/2012

Quantum_Information_web_2.jpg L’ordinador quàntic és una mena de fantasia luxuriosa inigualable per molts físics i també per alguns informàtics. Un ordinador que faria que les màquines més potents que tenim actualment quedin al mateix nivell que una calculadora barata de les que regalen amb els fascicles a principis de temporada. No és una màquina més potent sinó un concepte nou de processar la informació. I com que és quàntic i per tant aprofita característiques de la mecànica quàntica, el seu funcionament resulta particularment desconcertant.

En un ordinador normal, la informació es guarda en forma de 1 i 0. Són els famosos bits. A la pràctica, això vol dir que hi ha un transistor que pot deixar passar el corrent o no. Si passa, es considera un 1 i si no passa un 0. Però el món subatòmic és molt estrany i això permet fer coses que semblen contràries a la lògica. Per exemple, és poden pensar en una mena de bits que no tinguin valors 1 o 0, sinó que poden tenir els dos al mateix temps o qualsevol estat intermedi; són els anomenats qubits. Això fa que les possibilitats de calcular augmentin extraordinàriament si ho comparem amb els bits normals. És el que tenen les coses de la quàntica, que no semblen gaire normals, però resulten ben reals i útils.

El problema és que això dels ordinadors quàntics és realment una mena de fantasia: Una cosa és recrear-s’hi imaginant-ho, però una altra molt diferent és portar-ho a la pràctica. I en aquest cas, per fer-ho no serveixen estructures “grans” com els transistors sinó que cal aprendre a manipular estructures quàntiques, àtoms individuals, fotons de llum aïllats i coses així. Això no és gens fàcil perquè tant bon punt intentem fer alguna cosa amb un fotó o amb un electró, com ara ficar-hi alguna informació, el que aconseguim es carregar-nos-ho.

Però l’enginy dels físics és esmolat i en Serge Haroche i el David J. Wineland han aconseguit el Premi Nobel de física d’aquest 2012 justament per empescar-se dues maneres de manipular coses a escala quàntica.

Tots dos han aprofitat la manera com interactuen la matèria i l’energia, o millor dit, uns ions amb uns fotons. L’un, en Wineland, va trobar la manera d’atrapar un únic ió en una mena de trampa feta amb elèctrodes que generaven un camp elèctric. En realitat, aquests sistemes ja existien (i altres investigadors ja havien guanyat un premi Nobel l’any 1989 per això) però en Wineland va trobar la manera de controlar l’estat quàntic d’aquest ió fent servir polsos de llum làser. Dit en resum: Atrapava una mica de matèria i feia servir la llum del làser per controlar el seu estat quàntic.

En canvi, l’estratègia de Haroche va ser una mica la contrària. Va fer servir uns miralls per atrapar un fotó que anava rebotant d’un mirall a l’altre. No eren fotons de llum sinó de microones, però això és un detall menor. El cas és que podia mantenir-lo durant una dècima de segon, que sembla molt poc, però recordem que un fotó va a la velocitat de la llum, de manera que havia fet uns 40.000 quilòmetres rebotant dins la trampa. Aleshores, s’empescava per fer passar un àtom per dins la trampa i, segons com sortís, podia esbrinar la informació que tenia el fotó.

Tot plegat sona molt estrany, molt llunyà i molt poc pràctic. Però aquestes són les eines que feien falta per poder endinsar-nos en les aplicacions més imaginatives de la física quàntica. Potser només tenim les eines, però en realitat podem dir que… ara ja disposem de les eines!