Com la física quàntica ha canviat el món

El desenvolupament de la mecànica quàntica que va començar amb la troballa del físic alemany Werner Heisenberg a l’illa de Helgoland ha permès entendre el funcionament de la matèria a escales microscòpiques amb un grau de precisió i detall inaudit. I, com passa sempre, amb la comprensió venen les aplicacions. Segur que mentre passejava encaboriat pels penya-segats d’aquella illa remota, Heisenberg no pensava en les aplicacions de la seva recerca. L’empenyien la curiositat pura d’entendre la natura al seu nivell més fonamental, el repte intel·lectual que això suposava i, molt probablement, la fiblada a l’ego que representava la possibilitat de resoldre un trencaclosques que feia anar de corcoll el mateix Einstein. Però el que Heisenberg va descobrir en aquella illa, i que molta altra gent va contribuir a engrandir, va canviar el món. I ho va fer perquè contenia la llavor de tres tipus d’idees: les científiques, que expliquen com funciona la natura; les tecnològiques, que manipulen la matèria per obtenir-ne un benefici pràctic; i les socials, que redibuixen l’organització de la societat.

Primera Revolució Quàntica

"La possibilitat d’entendre els materials i els sistemes de moltes partícules va donar lloc al que s’anomena Primera Revolució Quàntica", explica Alba Cervera, investigadora en computació quàntica al Barcelona Supercomputing Center. Aquesta revolució va començar a mitjans del segle passat amb l’estudi dels materials semiconductors i va permetre la fabricació dels anomenats transistors, uns dispositius que serveixen per amplificar el corrent elèctric i que constitueixen la base dels circuits electrònics. Sense transistors, no tindríem ordinadors ni telèfons mòbils.

La física quàntica també va donar lloc a invents com el làser, un feix de llum coherent d’un sol color que, en funció de la seva intensitat, es pot utilitzar per llegir informació en dispositius òptics com els CD, per tallar fusta o metalls, o per practicar intervencions quirúrgiques i curar, entre molts altres, casos de miopia, lesions precanceroses a la pell o tumors benignes de pròstata. Encara en l’àmbit mèdic, la ressonància magnètica nuclear permet diagnosticar diversos tipus de càncer. I en el camp de l’energia, les plaques fotovoltaiques funcionen gràcies a la comprensió de l’efecte fotoelèctric que li va valdre el premi Nobel a Einstein el 1921.

Una altra aplicació interessant són els rellotges atòmics, que es basen en les oscil·lacions de l’àtom de cesi 133 com a patró per mesurar el temps. Això els permet desviar-se de l’hora només un segon cada milió d’anys, una precisió que sembla exagerada, però que és imprescindible per al bon funcionament de sistemes com el GPS: una desviació de tan sols una deumil·lèsima de segon es traduiria en un error de tres quilòmetres.

Segona Revolució Quàntica

"Gràcies a la capacitat de manipular els àtoms individualment, s’han desenvolupat noves aplicacions com la criptografia quàntica i els ordinadors quàntics", explica Cervera. Aquestes noves aplicacions han donat lloc al que ja s’anomena Segona Revolució Quàntica.

Els ordinadors quàntics aprofiten algunes de les propietats quàntiques dels àtoms per processar la informació d’una manera diferent de com ho fan els ordinadors convencionals. Això els permet realitzar alguns càlculs a molta més velocitat. "De moment són càlculs molt específics i allunyats d’aplicacions reals, però ja han demostrat que poden ser superiors", afirma Cervera. De fet, ja el 2019 un ordinador quàntic de Google va fer un càlcul en 200 segons que a un superordinador clàssic li hauria requerit deu mil anys.

Una de les potencialitats més aclaparadores d’aquests aparells és que, gràcies a la seva capacitat de càlcul, podran desxifrar la informació encriptada que circula per internet. Per aquesta raó, en paral·lel, s’estan desenvolupant sistemes de criptografia quàntica que, gràcies a la utilització de fotons que flueixen per canals de fibra òptica, són capaços de detectar l’alteració que provoca qualsevol espia en el missatge i aturar la comunicació.

Encara és aviat per dir en quina mesura aquests sistemes canviaran les comunicacions i, potser, l’organització social, però el que és clar és que tenen una influència potencial enorme. I Heisenberg, com qualsevol altre investigador que es dedica a la ciència bàsica, ni tan sols ho hauria imaginat.