Tesla y la teletransportación

“¡Pero si se le ve un ojo! ¡No es invisible!” Esta fue la expresión más escuchada entre los analistas ante la tercera aparición en los teslablog de ese extraño personaje en bata y cubierto de vendas. También fue muy comentado el desprecio que Tesla muestra hacia determinadas compañías áreas  - “la ruina de las low cost” -, donde alguno ha querido reconocer una estrategia de cara a una futura acción financiera basada en algún revolucionario invento del serbocroata (¿quizás su famosa cinta transportadora alrededor del planeta?). Por último, algunos analistas mencionaron el hecho de que en este documento Tesla parece haber logrado el secreto de la teletransportación, pero esto fue tratado como un tema menor.  

Y es lógico que fuera tratado así, porque como bien dice el propio Tesla, la imagen que tenemos de este fenómeno -la de la materia transportándose de manera instantánea de un punto a otro del espacio - violaría un principio fundamental de la teoría de la relatividad especial: que ningún tipo de materia o energía puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz. Así que parece que a lo máximo que podemos aspirar es a tener medios de transporte cada vez más rápidos; pero claro, esto no es lo que uno entiende por teletransportación. ¿Significa esto que no debemos tomarnos en serio este teslablog? Sí y no.

Por ejemplo, los que sí se lo debieron tomar muy en serio en su momento fueron las fuerzas áreas norteamericanas, que en el año 2004 pagaron la friolera de 25.000 dólares al Dr. Eric W. Davis, un físico afiliado a una misteriosa empresa afincada en las Vegas llamada “Warp Drive Metrics” (sin domicilio fiscal conocido), por un informe de setenta y cinco páginas sobre la posibilidad real de teletransportar objetos materiales, informe que fue premiado con el prestigioso premio pigasus, un premio que ensalza las tonterías más grandes del año en el ámbito de lo esotérico. En este informe, que recomienda dedicar 7.5 millones de dólares en desarrollar un método de teletransportación, se pueden leer frases magníficas como “…ahora podemos construir un agujero de gusano…para teletransportar a un pasajero a otra región lejana del espaciotiempo o a otro universo”, como si fuera una tecnología de andar por casa. Oficialmente el ejército ha anunciado que no continuará con esta línea de investigación. Entonces, ¿no debemos tomarnos en serio este teslablog? Pues sí y no (esto lo hemos dicho ya, ¿no?).

Teleportación cuántica

En 1993, un grupo de investigadores de diferentes centros con más prestigio que la “Warp Drive Metrics” publicaron un artículo denominado “Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels” donde se describe la base para un proceso de teleportación cuántica.

¿Teleportación cuántica? Sí, parece un artículo digno de otro premio Pigasus, pero hay mucha ciencia en estas dos palabras, y lo más fascinante: si la relatividad de Einstein cancela la posibilidad de la teletransportación entendida como transporte instantáneo de materia, la mecánica cuántica abre una nueva vía para otro posible tipo de teletransportación.

Así que, ¿no está todo perdido? Tal vez no, pero para entender algo de esto debemos sumergirnos (muy superficialmente) en esta rama de la física nacida en el siglo XX y que establece las extrañas leyes del mundo microscópico, y en concreto en una de sus más sorprendentes consecuencias: el entrelazamiento cuántico. Pero antes necesitamos un poco de base cuántica.

Ten cuidado con lo que miras

Supongamos una partícula sencilla, por ejemplo, un fotón. Supongamos que una característica intrínseca de esta partícula es su “color”, que puede ser azul, rojo, amarillo, etc. Que nuestro fotón sea de un color u otro es lo que se denomina su “estado cuántico”. Así que un mismo fotón puede estar en diferentes estados cuánticos, es decir, tener diferentes colores posibles.

Hasta aquí todo bien. Pero, desde el punto de vista de la mecánica cuántica, si no interaccionamos de ninguna manera con este fotón, ni este está sometido a ningún tipo de ligadura, en principio cualquier color es posible o, como diría un cuántico, el fotón se encuentra en una superposición de estados (colores) posibles, cada uno de ellos con una determinada probabilidad de darse.  

Supongamos ahora que un observador “mira” el fotón y determina qué color tiene, por ejemplo, azul. Desde una interpretación clásica, el color del fotón siempre ha sido azul, y el observador lo único que ha hecho es descubrir y constatar este hecho. Pero, para la mecánica cuántica, previamente a la medición por parte del observador, el fotón no tenía un color determinado, sino que en realidad los tenía todos a la vez. El fotón se encontraba en una superposición de estados posibles y es en el proceso de medida que uno de estos estados se concreta eliminando la probabilidad de existir del resto: se dice que el fotón “colapsa” a un estado. De alguna manera, según esta interpretación, la realidad no tiene una entidad propia como tal, sino que es el propio observador el que la determina en el instante de la medición (ALERTA: por favor, no lleven esta afirmación más allá del ámbito de lo muy muy pequeño, las partículas). 

La paradoja EPR

Este tipo de interpretaciones de la mecánica cuántica repugnaba a muchos físicos (incluidos muchos cuánticos), pero especialmente a Albert Einstein, para el que la realidad era independiente del observador. Es decir, el fotón ya era previamente azul antes de que el observador lo descubriera. Este fue el tema de uno de los debates más hermosos de la historia de la física, pero esa otra historia.

Para defender su interpretación, Einstein desarrolló, junto a Boris Podolsky y Nathan Rosen, un experimento mental cuyo objetivo era, sin abandonar las premisas de la cuántica, llevarla a un callejón sin salida.

Para ello, idearon un sistema formado por dos partículas que compartían intrínsecos estados cuánticos. Es decir, siguiendo con nuestro ejemplo, en lugar de un único fotón ahora tenemos dos fotones íntimamente ligados, de tal modo que si uno es de un determinado color, el otro también lo es (*). En mecánica cuántica se dice que estas dos partículas están “entrelazadas”, del alemán Quantenverschränkung, algo perfectamente viable dentro de las reglas de juego cuánticas. La idea clave es que estas partículas no pueden definirse como partículas individuales con estados bien definidos, sino que conforman un sistema cuánticamente ligado.

Llegado este punto, el argumento de Einstein y compañía iba más allá. Supongamos ahora que logramos separar estos dos fotones a una distancia tan grande como queramos, incluso de años luz. En ninguna página del “manual de instrucciones para el mundo cuántico” dice que el entrelazamiento se tenga que romper porque las partículas estén separadas físicamente. Para la cuántica, ambas partículas están conectadas aunque haya un universo de por medio. Por lo tanto, si un observador decide realizar una medición sobre uno de los fotones para determinar así su color, y aceptamos la interpretación de la física cuántica, automáticamente estará afectando al color de la partícula compañera. Es decir, si de todos los colores posibles, el observador concluye que uno de los fotones es azul, podemos asegurar que a años luz de distancia el otro fotón instantáneamente también se ha vuelto azul, en lo que Einstein denominaba “una espeluznante acción a distancia”. Esto se conoce como paradoja EPR – por las siglas de sus autores – y, para los autores, la única manera de evitarla residía en que el estado de cada partícula existiera previamente, lo que indicaba que la mecánica cuántica no estaba completa.

Pues bien, Einstein y compañía se equivocaban. Experimentos con fotones y otras partículas han demostrado que la paradoja no es tal y que, efectivamente, en el momento en el que se realiza una medida sobre una partícula, instantáneamente el estado de su entrelazada compañera se ve afectado a distancia.

El error de Einstein fue asumir que la física cuántica debía recorrer los mismos vericuetos que nuestra intuición cotidiana, que observa día a día que para modificar el estado de cualquier cosa debemos ejercer algún tipo de interacción sobre él. La conclusión, como bien dicen en el fantástico y divertido blog de El tamiz: si la cuántica es una teoría completa, la realidad no es local.

Alice y Bob

Muy bien, pero ¿qué tiene que ver todo esto con el Capitán Kirk y compañía teletransportándose a diestro y siniestro por el Universo? (sí, Star Trek debía de caer tarde o temprano). Es decir, ¿qué tiene que ver el entrelazamiento cuántico con la teletransportación tal y como la vemos en películas como “The Fly” (otra referencia clásica) o similares? Pues absolutamente nada. Pero ahora juguemos a ser Einstein y elaboremos un experimento mental.

Supongamos que tenemos dos partículas que previamente hemos entrelazado cuánticamente y que separamos una larga distancia. Aunque no lo crean, estas dos partículas van a ser algo similar a máquinas teletransportadoras. Como hemos visto antes, de alguna manera, ambas partículas están “conectadas”, es decir, el estado cuántico de una – entendiendo este como una superposición de estados posibles – está ligado al de la otra, y viceversa.  En este caso, podemos generalizar la idea de estado cuántico no solo a su color, sino a cualquier parámetro que describa de manera observacional la partícula, como por ejemplo, su velocidad, momento, energía, polarización, etc.

Vamos a bautizar a nuestras partículas como Alice y Bob (estos nombres son otro tópico de los artículos sobre teletransportación; lo sentimos, no somos nada originales). Importante: en ningún momento hemos realizado ninguna medida sobre ellas, así que cualquier estado es posible en función de su probabilidad asociada, es más, es esta superposición de estados lo que define a cada partícula.

Traigamos ahora una tercera partícula de la misma naturaleza que Bob y Alice, a la que vamos a denominar Nikola. A priori no sabemos cuál es el estado cuántico que describe a Nikola, pero imaginen ahora que la entrelazamos con Alice. Su estado, sea cual sea, se transfiere a Alice, que a su vez se transfiere “instantáneamente” a Bob. Es decir, Bob se convierte en una copia perfecta de Nikola, pero a una distancia todo lo lejana que se desee. Fijémonos que en ningún momento hay nada similar a una transferencia de materia, lo que se transfiere – cuánticamente – es la información que describe el objeto original.

El párrafo anterior tiene el suficiente numero de saltos conceptuales como para que cualquier cuántico medianamente avezado salte en deseos de arrancar de un hachazo nuestro lindo cuello. Si quieren los muchos detalles del asunto, de nuevo les recomendamos El tamiz y su Cuántica sin fórmulas y, si es de los que gustan de emociones fuertes,  no lo dude, consulte el articulo original.

Pero este proceso tiene un duro peaje. En esa transferencia entre Nikola y Alice, toda la información cuántica que definía al Nikola original se pierde, es decir, no es que hayamos teletransportado a Nikola, sino que lo hemos “matado” para crear una copia exacta a mucha distancia.

A pesar de lo inverosímil que puede sonar todo, no hay año que no salte a las secciones de ciencia de los medios de comunicación un nuevo titular sobre teleportación cuántica a una distancia cada vez mayor y con partículas cada vez más complejas. Por ejemplo, en 2005, el equipo de Anton Zeilinger logró una teleportación cuántica entre fotones entrelazados separados 600 metros por una fibra óptica bajo el río Danubio. En 2007 se logró algo similar pero a una distancia de 144 kilómetros entre la isla de La Palma y Tenerife, y en 2009 se consiguió el teletransporte de unos 5000 átomos a una distancia de 23 kilómetros en Canadá. La más reciente fue la lograda en 2011 por investigadores de la Universidad de Tokio y Gales.

¡Teletransportame!

La pregunta es obvia. En este in crescendo de teletransportacion, ¿se logrará al fin teletransportar objetos macroscópicos, incluso vivos?

Conceptualmente un objeto macroscópico es un conjunto de muchas moléculas, cada una de ellas con su propia información cuántica. Transmitir esta ingente cantidad de información a un conjunto similar de partículas situadas previamente en el lugar al que se quiere teletransportar para que, tras finalizar el proceso, todas conformen una copia exacta del objeto original, supone un reto difícilmente imaginable hoy en día. Además, en el caso de un ser vivo, el más mínimo error implicaría en esta transmisión de información supondría una catástrofe. Por no hablar de las implicaciones éticas ya que –recordemos– el sujeto original debe dejar de existir para que “nazca” una copia igual en otro punto del espacio. Sería algo así como enviar un fax a distancia en el que debemos destruir el mensaje original. ¿Seríamos los mismos tras dar un salto cuántico?

(*) En realidad, no tienen por qué ser del mismo color. Lo importante es que, conocido el estado de uno de los fotones, sabemos cuál es el del otro.