límite de Landauer

Una película de tantalio de doscientas nanómetros de espesor descansa sobre un sustrato de cuarzo. En su interior se esconde la luz del futuro: si se calienta el metal adecuadamente, se convierte en un óxido transparente a través del cual puede pasar la luz de un LED implantado. El problema es que los métodos de calentamiento habituales son demasiado bruscos o demasiado lentos.

Una computadora normal calcula haciendo circular cargas eléctricas por los cables. ¿Y se puede calcular con calor? Una red de tubos por los que circula agua caliente y fría puede realizar operaciones lógicas simples si se conectan los tubos en el orden adecuado.

Alicia prepara una partícula cuántica en uno de varios estados y se la envía a Bob. El canal por el que viaja la partícula no es perfecto: introduce ruido, dispersa, interactúa con el entorno. Bob recibe la señal e intenta averiguar qué fue exactamente lo que Alicia envió. Este es el esquema clásico de "preparar, enviar, medir", y siempre existe el riesgo de perder algo.

En el mundo cuántico, un hecho se vuelve objetivo cuando su valor queda impreso en múltiples fragmentos independientes del entorno, como un anuncio pegado en cientos de tablones por toda la ciudad. Cada copia por sí sola no añade información nueva, pero cambia las reglas del juego para quien intenta borrar esa información.

Un agujero negro tiene tres leyes, como un gas ideal. La primera: la energía no desaparece. La segunda: el área del horizonte de sucesos no disminuye. Y la tercera, la más caprichosa, exige que a temperatura cero la entropía (la medida del desorden) tienda a cero o a una constante universal.

Un termómetro caprichoso muestra diferentes temperaturas según quién lo mire. Algo parecido ocurre con un agujero negro: sus propiedades térmicas —entropía y temperatura— dependen de cómo describamos la información que oculta.

En una olla de sopa, bastan dos termómetros para saber la temperatura en todas partes, si se sabe que el calor sube en círculos desde el fondo. Así ocurre en la ciencia: a partir de pocas mediciones hay que reconstruir la imagen completa del campo térmico.

Borrar un solo bit significa liberar calor. Este descubrimiento de Rolf Landauer insinuó que la información no es material, pero tampoco ilusoria. Imagina que cada suceso proyecta una sombra: eso es la información, el conjunto de todas las posibilidades no realizadas.

Una cámara del tamaño de una camioneta pequeña está llena de argón líquido a una temperatura de menos 186 grados. Cuando una partícula entra volando, arranca electrones de los átomos de argón, y estos derivan hacia las paredes, dibujando una imagen tridimensional del evento.

El espacio-tiempo no es una hoja lisa, sino un tejido arrugado: las estrellas y los planetas dejan pliegues en él. En cada pliegue hay información almacenada, y para borrarla, habría que liberar calor, así funciona el principio de Landauer. Es decir, la 'arruga' del espacio se puede medir a través de la entropía, la medida universal del desorden.

En 1867, James Clerk Maxwell propuso una imagen que sigue inquietando a los físicos. Dos compartimentos con gas están separados por una puerta. Las moléculas se agitan caóticamente: rápidas y lentas. Un diminuto portero abre la puerta solo ante las rápidas, dejándolas pasar a un lado, y a las lentas, al otro.

En los primeros instantes después del Big Bang, el Universo era una sopa hirviente de partículas elementales. Incluso los ligeros neutrinos chocaban entonces activamente con todo lo que había.

El termostato mantiene la habitación a 20 grados. Abre la ventana en invierno y encenderá la calefacción para recuperar el equilibrio. El cerebro hace algo parecido: predice constantemente lo que ocurrirá en el instante siguiente y se corrige si se equivoca. Así aprende.

Normalmente, los isótopos se separan aprovechando la diferencia en el peso del núcleo. Es una diferencia diminuta, como si clasificáramos granos de arena que se distinguen por una centésima de milímetro. El nuevo método no se fija en el peso, sino en la rotación del núcleo: su espín.

Una gota de agua en un campo eléctrico intenso se alarga. El núcleo del deuterio, un par ligado de protón y neutrón, se comporta de manera similar, solo que aquí el campo lo crea un fotón gamma que pasa, y en lugar de estirarse, el núcleo puede simplemente romperse.

Si escribes la receta de una proteína en una hoja y la envías a la imprenta, una errata en una sola letra puede arruinar toda la tirada. La célula se enfrenta al mismo problema cuando copia su ADN, una larga instrucción compuesta por cuatro "letras" químicas.

Un flujo de electrones se puede comparar con el haz de un puntero láser: si diverge, la mancha en la pared se extiende rápidamente. En el laboratorio, los físicos han creado un haz tan estrecho que permanece fino a gran distancia, como el de un buen puntero.

Borrar un bit de información no es gratis. En 1961, Rolf Landauer demostró que a temperatura ambiente se necesitan al menos unos 3 zeptojulios de energía: una cantidad diminuta, pero distinta de cero. Este límite se consideraba tan sólido como la ley de conservación de la energía. Pero, ¿y si podemos "engañar" un poco al sistema?

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta en la que cada músico toca su parte, pero ante cualquier contratiempo se desvía. Los errores en los cúbits ocurren constantemente: unas veces el instrumento se desafina, otras el músico se salta una nota. Normalmente, el director tiene que adivinar quién se ha equivocado, y eso es muy difícil.

La materia oscura es un pegamento invisible que mantiene unidas a las galaxias. Ya en los años 1930, Fritz Zwicky sospechó de su existencia, y en los 1970 Vera Rubin demostró que sin ella las estrellas se dispersarían.

Las partículas minúsculas llevan una doble vida, como una moneda girando que es cara y cruz al mismo tiempo. El contacto con el mundo exterior las obliga a elegir una: un proceso llamado decoherencia. Imagina esto como un eco en una habitación. La antigua regla suponía que la habitación estaba vacía, por lo que el eco moría al instante.