aleatoriedad

Una red aleatoria clásica se parece a un mapa de carreteras: para que cuatro ciudades se conecten en un cruce complejo, hay que tender muchas autopistas. En el mundo de las partículas cuánticas todo es distinto.

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.

Una computadora cuántica es como un copo de nieve frágil sobre una palma cálida. El más mínimo soplo de calor o una ligera vibración, y se convierte en una gota. Para que el copo sobreviva, se corrige constantemente, restaurando su forma original. Esto es la corrección de errores cuánticos.

El servicio en la nube distribuye órdenes a un enjambre de drones sin conocer sus movimientos. Las señales están cifradas, pero cada maniobra deja una huella apenas perceptible en el cifrado, como la tinta que traspasa el papel al presionar con el bolígrafo.

En los cristales, nos fascina el orden espacial perfecto: los átomos quietos en los nodos de la red, como cuentas en un hilo invisible. Pero, ¿y si esa misma simetría se manifestara en el tiempo? Los cristales temporales son sistemas que, sin ayuda externa, comienzan a repetir sus estados cíclicamente, como relojes a los que da cuerda la propia naturaleza.

Seleccionar un solo microchip defectuoso entre un millón, sin ninguna pista de cómo es el fallo, es un clásico problema de buscar una aguja en un pajar. Una computadora clásica probaría cada chip uno por uno.

Imagina una biblioteca donde, en lugar de libros, hay todas las combinaciones concebibles de unas decenas de partículas cuánticas. El número de estas combinaciones crece como una bola de nieve: añade una partícula y el volumen se duplica. Para cincuenta partículas, hay más estantes que átomos en el universo visible.

El mundo cuántico es conocido por sus incertidumbres: por ejemplo, no se puede medir simultáneamente la posición de una partícula y su velocidad.

El mundo cuántico se suele dibujar con puntos, pero los instrumentos reales solo ven manchas borrosas. Heisenberg y von Neumann sospecharon desde hace tiempo: la precisión es inalcanzable.

Lanza una piedra a un estanque: se formarán ondas en el agua. Si lanzas dos piedras cerca, las ondas se cruzarán, creando un patrón de ondas reforzadas y anuladas. Esto es la interferencia.

En la física de partículas elementales se ha asumido durante mucho tiempo que las fuerzas de la naturaleza —el electromagnetismo, la interacción débil y la fuerte— obedecen a una simetría estricta llamada simetría gauge. Es como un conjunto de reglas según las cuales las partículas intercambian portadores de fuerza. Pero, ¿de dónde surgen las reglas mismas?

Tres personas están sentadas en tres esquinas de una habitación. Cada una recibe un sobre sellado de un mensajero invisible, pero los mensajeros no se coordinan y nunca se han conocido. Las personas abren los sobres y ven una nota con una sola palabra: «sí» o «no». Ellos no eligen nada, solo leen.

El entrelazamiento cuántico es como una telaraña invisible que conecta partículas, incluso si están muy separadas. En sistemas grandes —por ejemplo, en un trozo de material— esta telaraña puede tejer rápidamente alrededor de todos los átomos, o enredarse en un nudo y quedarse quieta. El primer caso se llama caos cuántico; el segundo, localización.

Una campana golpeada resuena cada vez más débil. Su tañido se apaga suavemente, como las ondas en el agua tras lanzar una piedra. De manera similar, un agujero negro se comporta tras chocar con otro: tiembla, y esas vibraciones —ondas gravitacionales— se alejan por el espacio, debilitándose gradualmente.

Un láser que normalmente emite un haz uniforme, cerca del umbral de emisión comienza a temblar, como una cuerda justo antes de sonar. Estas vibraciones no son un defecto, sino ruido cuántico: los átomos dentro del láser emiten luz de manera aleatoria, sin ninguna causa externa.

El rayo láser incide sobre una película de oro y plata durante apenas unos nanosegundos: en ese tiempo, la luz recorre una distancia menor que un metro. En el punto de impacto, el metal hierve, se dispersa y se solidifica formando un patrón aleatorio de diminutas partículas. Cada patrón es irrepetible, como las grietas en el hielo o las ramas de un árbol.

En el mundo cuántico no se puede crear una copia de un estado desconocido de una partícula; esto fue establecido por William Wootters y Wojciech Zurek en 1982, y Charles Bennett convirtió esta prohibición en una herramienta de protección de datos.

Lanzar una moneda parece aleatorio, pero en realidad todo lo decide la física: la fuerza del lanzamiento, la resistencia del aire, la elasticidad de la superficie. Si se conocen todos los detalles, el resultado se puede predecir. La verdadera aleatoriedad vive más profundo, en el mundo cuántico.

Lanzar una moneda es el generador de aleatoriedad más simple. Pero si la moneda está lastrada, empieza a hacer trampa. En el mundo cuántico, la luz hace el papel de la moneda: sus propiedades son fundamentalmente impredecibles. El problema es que el dispositivo que "lanza" la moneda cuántica puede estar defectuoso o incluso haber sido sustituido por un atacante.

La fibra óptica transmite la luz, pero en el camino esta tiembla y se atenúa. Para que los interlocutores en los dos extremos de la línea obtengan el mismo conjunto de números aleatorios para el cifrado, en el receptor funciona un corrector digital, como un cancelador de ruido en los auriculares que resta el rumor de la calle, pero a veces, junto con él, se come las…

El mundo cuántico está lleno de sorpresas: incluso la simple observación de una partícula cambia su comportamiento. En un nuevo trabajo, los físicos demostraron que la medición constante de la energía puede hacer que el caos cuántico sea más pronunciado.

Según las leyes de la física, nada puede superar a la luz, de lo contrario, para algunos observadores, el efecto ocurriría antes que la causa. Artur Ekert y Andrzej Dragan demostraron que esta situación genera una incertidumbre similar a la cuántica.

Sobre la mesa hay un puñado de imanes redondos. Mientras no se tocan, están como caídos. Pero basta con enviar un breve pulso de corriente a través de ellos, y cada disco se voltea: el polo norte intercambia lugar con el sur.

Un pulso de luz se puede dividir en ventanas temporales cortas, como un tren en vagones. Si dos fotones nacen juntos y sus vagones están rígidamente conectados —la llegada de uno a una ventana determinada garantiza que el otro llegó a la ventana pareja—, a esa conexión se le llama entrelazamiento temporal.

Una computadora cuántica es como un plato exquisito. Hay recetas para la cocina común, pero los estados cuánticos especiales son ingredientes secretos que convierten el plato en una obra maestra. Uno de ellos es la 'magia'. El término fue introducido por John Preskill en 2018.

Una partícula del micromundo partícula cuántica puede moverse en dirección contraria, incluso si en general viaja hacia adelante. Esto se parece a un río donde corrientes individuales de repente giran contra la corriente, creando desorden.

La criptografía moderna no se concibe sin números verdaderamente aleatorios. Pero la fuente estándar puede ser poco fiable o incluso estar manipulada deliberadamente. La solución la propusieron unos experimentadores que construyeron un procesador cuántico de 98 iones: funciona como un filtro de alta velocidad, convirtiendo una señal «sucia» en algo cristalino e impredecible.

En septiembre de 2024, en la sala de conciertos de Linz, en el escenario no solo había una orquesta. Junto a los músicos trabajaba un dispositivo que generaba pares de fotones entrelazados: un láser de 405 nm de longitud de onda incidía en un cristal no lineal y se dividía en dos fotones de 810 nm que volaban hacia dos estaciones de medición, Alicia y Bob.

En una sala de conciertos vacía, dos músicos tocan una misma partitura. Primero el violín, luego el violonchelo, o al revés. Siempre ha sido así: cada nota tiene su lugar en el tiempo, su 'antes' y su 'después'. Pero, ¿y si la orquesta pudiera tocar ambas versiones a la vez, en una superposición cuántica de dos órdenes?

Golpea un gong y el sonido se desvanecerá en capas: el zumbido grave persiste más tiempo, los sobretonos agudos desaparecen primero, dejando tras de sí el silencio. Así, un cúbit, al vivir su vida cuántica, deja no uno, sino tres ecos de su propio pasado.

El paseo cuántico no es un caminar aleatorio, sino una partitura donde el piano del espacio suena bajo la batuta del estado interno. La moneda marca el tono. Hasta ahora se creía que las teclas desafinadas (desorden de fase) apagaban cualquier melodía, llevando a la localización de Anderson: un silencio resonante.