Martí Perarnau Llobet, un físico español galardonado, investiga los sistemas cuánticos abiertos, aquellos que interactúan con su entorno. Su trabajo podría revolucionar la computación, la medicina, y nuestra comprensión de la realidad, al explorar la transición del mundo cuántico al clásico. Este campo promete computadoras más eficientes y sensores de alta precisión, aunque los desafíos son notorios y el camino, complejo.
El físico catalán Martí Perarnau Llobet, con apenas 36 años y oriundo de Sabadell, se sumerge en las profundidades del universo cuántico, ese dominio esquivo que desafía nuestra intuición cotidiana. Galardonado con el premio Investigador Joven en Física Teórica, un reconocimiento de la fundación BBVA y la Real Sociedad Española de Física (RSEF), Perarnau actualmente trabaja bajo el programa Ramón y Cajal en la Universidad Autónoma de Barcelona. Su objetivo es desentrañar los misterios del comportamiento de los sistemas cuánticos abiertos, aquellos que, a diferencia de los que estudiamos en el laboratorio, no están aislados de su entorno.
Este campo de investigación, lejos de ser una simple curiosidad académica, promete avances que podrían transformar la computación con una reducción en el consumo de energía y la fabricación de sensores de una precisión asombrosa, con lo que, además, se generaría una esperanza para la medicina personalizada. Sin embargo, no todo es color de rosas, los desafíos son importantes y las promesas, algo inciertas, como siempre en el mundo de la ciencia.
El Potencial y los Desafíos de la Computación Cuántica
Multinacionales como Microsoft, Google o IBM han invertido fuertemente en la computacion cuántica y han anunciado avances que nos dejan boquiabiertos. Ante esto, Perarnau aclara: «Hay grandes expectativas en torno a la computación cuántica debido a su inmenso potencial. Un ordenador cuántico puede ser más potente para realizar ciertos cálculos que todos los ordenadores del planeta trabajando al mismo tiempo. Pero aún son muy imperfectos y esto hace que, aunque parezca que tienes una máquina muy potente, la realidad es que no lo es tanto».
A pesar de las imperfecciones, Perarnau no es pesimista, al contrario, reconoce que «el camino para conseguir uno ya es interesante en sí mismo, porque nos permite mejorar el control de los sistemas cuánticos y, a la vez, aportar ideas nuevas para mejorar los ordenadores convencionales». Nos deja claro que la investigación en este campo está generando un gran progreso científico y tecnológico, aunque debemos evitar caer en falsas expectativas.
Sistemas Cuánticos Abiertos: Del Laboratorio al Mundo Real
Pero ¿qué son exactamente los «sistemas cuánticos abiertos» que Perarnau investiga? En palabras del propio físico: «Es un sistema que está en contacto con un entorno, que no está aislado. Es una condición de casi todos los sistemas». Según Perarnau, el entorno tiene un papel fundamental, ya que los sistemas cuánticos son susceptibles a su influencia, lo que es crucial para entender por qué los fenómenos cuánticos, tan extraños y contraintuitivos, no los experimentamos en nuestro día a día.
Los sistemas abiertos son fundamentales para entender la transición entre el mundo cuántico y el clásico. «Esto es muy importante porque nos permite entender, por ejemplo, la decoherencia, por qué pasamos de un mundo cuántico donde hay superposiciones a nuestra realidad, donde las cosas no existen en dos sitios a la vez», explica Perarnau. Y añade que comprender la interacción con el entorno es clave para «mejorar los ordenadores cuánticos».
La investigación de Perarnau se erige así como un puente entre el mundo cuántico y el clásico, pues busca «exprimir fenómenos cuánticos que se producen en condiciones muy ideales, entenderlos en situaciones más realistas y describir esa transición». Su trabajo, que a primera vista parece abstracto, persigue una comprensión profunda para poder aprovechar fenómenos cuánticos en situaciones cotidianas.
Ahora bien, ¿podemos controlar los fenómenos cuánticos en entornos abiertos? Perarnau aclara que no se trata tanto de «controlar» sino de «comprender». Lo que si podemos hacer es buscar las formas más eficientes de interactuar con el entorno para usarlo a nuestro favor ya que «hay algunos estados cuánticos con una fuerte interacción con el entorno y pierden energía muy rápido, pero hay otros que, prácticamente, no lo hacen, que están como protegidos.” Y añade que estos últimos «pueden ser muy relevantes para la computación cuántica».
Aplicaciones Prácticas: Sensores Cuánticos y Más Allá
Cuando se le pregunta sobre las aplicaciones prácticas, Perarnau destaca la metrología cuántica, un campo que busca mejorar la precisión de las mediciones utilizando fenómenos cuánticos. «En este campo, se desarrollan sensores cuánticos que, aun estando abiertos al entorno, pueden ser muy útiles para medir variaciones muy pequeñas de magnitudes físicas, como podría ser un campo magnético o la temperatura», explica. Y los ejemplos no se hacen esperar: «Hoy en día, los magnetómetros atómicos ya se pueden usar para medir, de forma muy poco invasiva, campos magnéticos que se dan en el cerebro». Pero también imagina aplicaciones al interior de las células: medir la temperatura y sus variaciones sería otra de ellas.
Otro frente de la investigación de Perarnau es la termodinámica cuántica, que explora el origen de la irreversibilidad y la disipación de la energía en forma de calor. El desafío, según él, es «encontrar aplicaciones, usar estas ideas teóricas sobre nuestra comprensión de la termodinámica a esta escala cuántica para, por ejemplo, desarrollar nuevas formas de computar con un consumo energético mucho menor».
Finalmente, al preguntarle por cómo es su día a día como investigador, Perarnau responde entre risas: «un laboratorio cuántico puede ser algo realmente impresionante, sin embargo, como físico teórico mi oficina es mucho más terrenal. La mayoría de mi trabajo se puede hacer con papel y boli, también a través de simulaciones por ordenador”. Y agrega: «También usamos mucho la pizarra, para discutir posibles ideas o cálculos y proyectos, la ciencia es algo muy colaborativo».
