Presentación

Del átomo al qubit: la mecánica cuántica en el siglo xxi

n diciembre de 1926, hace ahora justo 90 años,

la revista Zeit schrift für Physik publicaba una con-

tribución de Max Born titu-lada «Sobre la mecánica cuántica de los procesos de colisión». En ella, el físico alemán enunciaba —en una nota a pie de página añadida durante el proceso de corrección de pruebas— la regla que hoy lleva su nombre y que años más tarde le valdría el premio Nobel de física, otorgado «por su interpretación estadística de la función de onda».

Aquel resultado coronaba el formalis-mo matemático que ese año y el prece-dente habían desarrollado varios de los fundadores de la teoría cuántica (Born incluido) y establecía cómo calcular, a partir de él, la probabilidad de obtener un resultado u otro en un experimento. La regla de Born apuntalaba así el ca-rácter intrínsecamente probabilístico del mundo cuántico y sentaba las bases de una nueva forma de entender la realidad física: una realidad que solo se define si le hacemos preguntas. Había nacido la mecánica cuántica moderna.

Noventa años después, los fundamen-tos de la teoría siguen intactos, pero su apariencia se ha metamorfoseado de manera considerable. Originalmente desarrollada para explicar las propieda-des de los átomos y la luz, hoy la teoría cuántica es vista a menudo como un for-malismo estrechamente relacionado con un concepto mucho más abstracto y uni-versal: el de información. Desde finales del siglo pasado, este enfoque ha dado lugar a una inusitada avalancha de pu-blicaciones sobre el significado último de la teoría, sus posibilidades computacio-nales, su relación con el mundo macros-cópico y su vínculo con las interacciones fundamentales de la naturaleza.

El presente monográfico ofrece una pincelada del estado contemporáneo de las cuatro fronteras que acabamos de mencionar. De la mano de 17 expertos, buena parte de los cuales se encuentran entre los más citados del mundo en sus

respectivos ámbitos de investigación, los artículos recopilados aquí exploran qué podemos decir sobre la naturaleza de la realidad física a la luz de algunos avances recientes en física cuántica (págs. 4-26), en qué se basan y qué persiguen las nue-vas técnicas de tratamiento cuántico de la información (págs. 28-56) y cuál es el es-tado actual de los dos mayores retos a los que siempre se ha enfrentado la teoría: lograr una descripción precisa del límite clásico (págs. 58-71) y resolver su encaje con la gravedad (págs. 72-87). El número concluye con un artículo que aborda lo que podríamos calificar como el reto definitivo: demostrar la unicidad de la teoría cuántica

a partir de un enfoque basado exclusiva-mente en la información (pág. 88).

Esa travesía conceptual de los átomos a los qubits no supone ningún giro radical con respecto a la teoría que nació hace 90 años; a fin de cuentas, fue la inter-pretación probabilística lo que condujo a Niels Bohr a defender que la tarea de la física no consiste en averiguar cómo es la naturaleza, sino qué podemos decir sobre ella. Sin embargo, ese renovado énfasis en la información sí se ha revelado como una perspectiva extraordinariamente fructífe-ra para explorar las fronteras del mundo cuántico. Bienvenidos al siglo xxi.

—La redacción

INST

ITU

TO M

AX

PLAN

CK D

E Ó

PTIC

A CU

ÁNTI

CA

ÁTOMOS en estados de Rydberg en una simulación

cuántica (pág. 56).

E

2 Temas 63

ISTO

CK

1 Del átomo al qubit: la mecánica cuántica en el siglo xxiLa redacción

TEORÍA CUÁNTICA Y REALIDAD

4 La realidad de los cuantosAnton Zeilinger

12 Más allá del horizonte cuántico David Deutsch y Artur Ekert

18 Bayesianismo cuánticoHans Christian von Baeyer

24 El cuanto no cuánticoDavid Tong

TEORÍA CUÁNTICA E INFORMACIÓN

28 Procesamiento cuántico de la informaciónAntonio Acín

38 Los límites físicos de la privacidadArtur Ekert y Renato Renner

46 Objetivos y oportunidades de la simulación cuánticaJ. Ignacio Cirac y Peter Zoller

50 Mundos cuánticos simuladosOliver Morsch e Immanuel Bloch

RETOS CUÁNTICOS

58 Vivir en un mundo cuánticoVlatko Vedral

64 Efectos cuánticos macroscópicosMarkus Aspelmeyer y Markus Arndt

72 Agujeros negros y muros de fuegoJoseph Polchinski

77 ¿Fuego en el horizonte?Roberto Emparan

80 Geometría y entrelazamiento cuánticoJuan Martín Maldacena

88 Teorías supracuánticasMiguel Navascués

EN PORTADALa mecánica cuántica nació hace 90 años para explicar las propieda des de los átomos y la luz. Hoy, sin em-bargo, la teoría es ampliamente vista como un formalismo relacionado con un concepto mucho más abstracto y universal: el de información. La imagen evoca una esfera de Poincaré, la figura empleada habitualmente por los físicos para representar el qubit, la unidad bá-sica de información en física cuántica. Ilustración de liuzishan/iStock; diseño de Investigación y Ciencia.

TEMAS 864o trimestre 2016

Fronteras de la física cuántica

Teoría cuántica y realidad

ISTO

CK/ L

IUZI

SHAN

; MO

DIF

ICAD

O P

OR

INVE

STIG

ACIÓ

N Y

CIEN

CIA

Teoría cuántica e información

ISTO

CK/ L

IUZI

SHAN

; MO

DIF

ICAD

O P

OR

INVE

STIG

ACIÓ

N Y

CIEN

CIA

Retos cuánticos

ISTO

CK/ L

IUZI

SHAN

; MO

DIF

ICAD

O P

OR

INVE

STIG

ACIÓ

N Y

CIEN

CIA