Es vox populi que la cuántica es una disciplina taumatúrgica (esta palabra es lo primero que aprendí con este libro), una cosmovisión que permite liberarnos del yugo de las leyes de la física, dar un salto cuántico, teletransportarnos y estar en dos sitios a la vez, incluso vivos y muertos.
La teoría cuántica (es solo una teoría) inviste la capacidad de alterar la realidad simplemente observándola. La cuántica dota a las partículas de conciencia, memoria y voluntad de reunirse con otras con las que estableció lazos en el pasado… o acaso lo haga en el futuro.
El adjetivo cuántico soporta cualquier sustantivo por que trasciende la física. Los científicos son incapaces de ponerse de acuerdo sobre cómo funciona y es preciso complementar su estudio con la colaboración de ilustrados zahoríes, sanadores y coaches varios.
Pues va a ser que no…
No tienes más que mencionar la teoría cuántica y la gente tomará tu voz por la voz de la ciencia y se creerá cualquier cosa.
— George Bernard Shaw
Junto al electromagnetismo, la relatividad general y el modelo estándar de la física de partículas, la cuántica es una de las teorías (si, teorías, la cima del edificio científico) con mayor capacidad para explicar un amplio rango de fenómenos naturales y con mayor poder predictivo de toda la física.
Y a pesar de lo antiintuitivo de la física cuántica debido a que no aplica en las situaciones que visitamos a diario (explica el comportamiento de las partículas más diminutas como electrones o fotones, o de objetos no tan, tan chiquititos (mesoscópicos) pero sometidos a condiciones de laboratorio, por ejemplo a temperaturas cercanas al cero absoluto), sin embargo la hemos desentrañado y la dominamos, hasta tal punto de habilitar tecnologías de uso cotidiano (la célula fotoeléctrica, el láser, la tomografía por emisión de positrones…) así como otras más recientes como el ordenador, la información y comunicación, y la metrología cuánticas.
Esas dos concepciones de la cuántica, la chamánica y la racional, conviven en superposición, cual gato de Schrödinger (spoiler: no, no es posible tener un gato en superposición, y menos con un estado en el que el gato está vivo), y con este libro Carlos Sabín se ha propuesto colapsar su función de onda sobre el estado propio de la física fetén.
Y lo consigue.
Pero lo más sobresaliente es que lo hace de forma tan compacta, tan natural, tan accesible e inteligible, huyendo de metáforas y malos ejemplos, cual Feynman del siglo XXI, que me ha resultado revelador, casi catártico (no, si al final vamos a dar la razón a los augures…), hasta el punto de que me he visto obligado a escribir esta reseña para que la mayor cantidad posible de gente curiosa tenga acceso a este recurso tan iluminador.
Carlos Sabín
Carlos Sabín Lestayo (Coruña, 1981) es Licenciado y Doctor en Física por la Universidad Complutense de Madrid con una tesis sobre información cuántica, tras lo que estuvo tres años en la Universidad de Nottingham (Reino Unido), primero como investigador postdoctoral y luego como profesor adjunto. En 2016 vuelve a España, al Instituto de Física Fundamental del CSIC, hasta que en 2021 obtiene una prestigiosa ayuda Ramón y Cajal y es fichado por la Universidad Autónoma de Madrid, donde desarrolla en la actualidad su labor investigadora en el área de tecnologías cuánticas enmarcado en el Departamento de Física Teórica. Carlos ha publicado más de 50 artículos en revistas internacionales de alto impacto.
Activo divulgador de la ciencia, Carlos Sabín es autor tanto del libro que nos ocupa como de Física cuántica y relativista: Más allá de nuestros sentidos. Destaca su blog Cuantos Completos que mantiene desde 2015, antes en la extraordinaria plataforma SciLogs de la revista Investigación y Ciencia hasta su reciente y triste desaparición, si bien afortunadamente pudo migrar todo su contenido a un nuevo hogar.
Verdades y mentiras de la física cuántica
El libro se estructura en tres capítulos que suceden a una introducción y preceden a un «Para terminar», a modo de bra y ket del contenido, además de un corto pero certero glosario («Un sistema es el término que usamos los físicos para no decir ‘cosa'») y una también concisa bibliografía.
Lo que la física cuántica no es
El primer capítulo se ocupa de desmitificar la física cuántica, de refutar los malentendidos y excesos que han popularizado el cine y los comics y que han amplificado redes sociales, memes y algunos falsos divulgadores.
Comienza Carlos dejando claro que la física cuántica no habla de gatos (era necesario), que no es tan impredecible como la pintan (es esencialmente determinista: los estados evolucionan de forma suave según la ecuación de Schrödinger) y que las cosas no pueden estar en dos sitios a la vez (lo que pasa es que no tienen propiedades bien definidas hasta que se hace una medida de esa propiedad).
La física cuántica no tiene absolutamente nada que decir sobre gatos o cualquier otro felino, y mucho menos sobre su vida o su muerte.
— Carlos Sabín.
El autor explica entonces como un observador no modifica la realidad por el mero hecho de estar mirando, pero si cuando realiza una medida sobre el sistema (y, hastiado, declara que dejará de usar la palabra “observación” en el resto del libro en favor de la más neutra «medición»), que la información no viaja más rápido que la luz (el entrelazamiento cuántico habilita toda una suerte de efectos sutiles y chulos de los que se servirán las tecnologías cuánticas, pero no violan la causalidad, Hulio) y que no, no hay universos paralelos (eso de los «muchos mundos» es una interpretación exótica y completamente minoritaria de la teoría cuántica).
Lo que la física cuántica es
Pasamos entonces a lo que si dice la física cuántica, a contar la verdad de las propiedades cuánticas.
Tras explicar el origen de la palabra cuanto, el efecto fotoeléctrico y el principio de incertidumbre, Carlos ilustra cómo en física «no cuántica» las cosas se describen con números (o vectores) y unidades («pesa 55 kg») pero que la incertidumbre intrínseca de la cuántica nos obliga a usar probabilidades («pesa 50 kg con un 30% de probabilidad, 55 con un 50% y 60 con un 20%»), y que eso no es más que una función, la función de onda (ya hubiese querido yo esta sencilla justificación cuando me enfrenté por primera vez a la función de onda mecanocuántica en vez de la mística «el estado de un sistema cuántico viene dado por 
Y más aún, ¿qué otro sistema clásico conoces cuyo estado se exprese con una función de onda? Pues las ondas, claro. Cuando empezamos a lidiar con partículas elementales—explica el autor—pensábamos que se comportarían como poleas y planetas, pero resultó que no: a veces manifestaban propiedades propias de las ondas como la interferencia y la difracción. ¿Significa eso que los electrones son a veces partículas y a veces ondas? Carlos sostiene que no, que son y se comportan como electrones, y que describimos ese comportamiento asemejándolo al de bolas de billar o al de ondas en la superficie de un estanque, pero son otras cosas, cosas de… electrones.
El hecho de que la ecuación de Schrödinger (al contrario que las leyes de Newton) sea una ecuación de ondas implica que todas las soluciones de tipo 
¿Qué energía tendrá el sistema en esa situación? ¿La del estado
Cuando la medimos, y sólo entonces, obtendremos la energía del estado 
Hala, superposición y medida cuánticas en un párrafo.
¿Te percataste de la fórmula en esa descripción? La repito por si pasó desapercibida: 
Y en esa línea continúa revelando (y el lector entendiendo) el efecto túnel, el entrelazamiento cuántico, las desigualdades de Bell y la teleportación cuántica (donde lo único que se transfiere es información cuántica—un estado cuántico—entre dos partículas por mediación de una tercera; sorry, trekkies).
Tecnologías cuánticas
Existen desde hace tiempo cosas que tienen carácter cuántico «en sus tripas» (las células fotoeléctricas, el láser…), pero las que cuenta Carlos en este tercer capítulo son aquellas que explotan la cuántica en el meollo de su funcionamiento por alterar y beneficiarse de la manipulación de los estados cuánticos de partículas individuales. Estas tecnologías han superado su fase académica o de laboratorio, si bien en general no han llegado a dar lugar a productos de consumo, sino que se encuentran en un estado intermedio de desarrollo.
Ordenadores cuánticos
El autor se retrotrae hasta el concepto de máquina de Turing y cómo se construye con elementos que tienen dos estados que se puedan leer y transformar usando puertas lógicas. Como se ha visto en el resto del libro, la cuántica brinda esos elementos: los sistemas cuánticos pueden tener dos (o más) estados (y los llamamos cúbits) que podemos medir y alterar (por ejemplo, mediante la teleportación cuántica). No debería sorprender entonces que seamos capaces de construir ordenadores cuánticos, la gracia es si los efectos propios de esos sistemas podrían concederles capacidades de cómputo inaccesibles a los ordenadores habituales.
Y la respuesta es que si, es posible construir estrategias (que llamamos algoritmos cuánticos) que aprovechen la superposición, el entrelazamiento, la interferencia y el efecto túnel para resolver algunos problemas que, simplemente, están fuera del alcance de los ordenadores digitales que todos conocemos.
La mala noticia es que construir máquinas en las que podamos controlar a voluntad muchos cúbits sin destruir sus delicadísimos estados cuánticos (y, por tanto, sin incurrir en errores) es una hazaña que apenas estamos empezando a atisbar. A pesar de que se están haciendo enormes progresos gracias a una más enorme todavía inversión (el mismo libro publicado en 2020 lo evidencia cuando dice «La división de computación cuántica de la compañía IBM tiene ya un ordenador con 50 cúbits»; pues bien, el 4 de diciembre de 2023 la misma IBM presentó dos procesadores cuánticos, uno llamado Condor (cóndor) con 1121 cúbits—si bien con incómodamente altas tasas de errores—y otro cuyo nombre es Heron (garza) con unos «modestos» 133 cúbits, pero más avanzado en términos de tolerancia a fallos), todavía no está claro que se puedan resolver los profundos problemas técnicos y hacer que la computación cuántica sea verdaderamente útil.
Criptografía cuántica
La criptografía forma parte de los cimientos de la sociedad digital en la que vivimos. Sin ella nuestros secretos, desde el historial de navegación hasta nuestras cuentas bancarias pasando por los informes médicos, quedarían expuestos.
Pues bien, resulta que los sistemas criptográficos actuales están en riesgo precisamente debido al advenimiento de los ordenadores cuánticos (aunque ya se trabaja en criptografía inmune a esos ataques, postcuántica se le llama con poco acierto, en mi opinión: mejor criptografía resistente a la computación cuántica).
Pero se da la paradoja de que, a la vez, los sistemas cuánticos se erigen como excelentes candidatos para establecer comunicaciones ultraseguras, afirmación que se sustenta en su propia naturaleza: para interceptar un mensaje cuántico hay que medirlo y, al hacerlo, se perturba, de tal forma que el receptor puede identificar sin duda alguna que el canal se ha visto comprometido.
El uso de esta estrategia para la distribución cuántica de claves criptográficas (el título de la página de Wikipedia está mal: las claves no son cuánticas, lo es su distribución) está disponible comercialmente desde hace una década, pero sustituir nuestra infraestructura de comunicaciones actual por una completamente cuántica… no va a suceder mañana.
Metrología cuántica
¡Ojo!: Metrología, la ciencia de las mediciones, que no meteorología.
La metrología cuántica estudia el uso de sistemas cuánticos para efectuar mediciones de forma más precisa y con más resolución que las convencionales. Los frágiles efectos cuánticos (como el entrelazamiento) pueden verse alterados por la más mínima perturbación, situación habitualmente no deseada, pero de la que aquí nos podemos beneficiar para caracterizar esa alteración y derivar de ahí una medida que nos interese.
Una ventaja añadida es que estas técnicas pueden medir con un número ínfimo de partículas y sin prácticamente alterar la muestra, lo que resulta apto para tejidos biológicos, incluso in vivo.
La metrología se lleva gran parte de la inversión actual en tecnología cuántica, y es la disciplina cuántica más prometedora para dar lugar a tecnologías prácticas, ampliamente disponible de forma comercial, en los próximos años.
Cuántica accesible
«Verdades y mentiras de la física cuántica» es la mejor forma posible de desintoxicarse del ruido generalizado en torno a la física cuántica, de asimilar sus rudimentos, y de atisbar sus usos tecnológicos que ya están llamando a nuestras puertas. Te librarás del pensamiento mágico que a menudo rodea a la cuántica y descubrirás física sólida que permite construir ingenios que mejoran nuestra vida.
Y todo ello ¡en menos de 100 páginas!, sin jerga abstrusa, sin castillos de fórmulas y en tono relajado (incluso con algún destello de humor); directo al lío.
El libro se dirige a todos los públicos y se lee sin dificultad; estoy convencido que tras tratar cada concepto te preguntarás cómo es posible que no hubieses entendido antes que era eso del entrelazamiento, así de afable hace la cuántica Carlos Sabín.
Léelo y cuéntaselo a tus hijos que si no…
Ficha técnica
Me licencié y doctoré en química con una Tesis sobre la simulación por ordenador del ADN, pero cuando hacía la maleta para el post-doc se me presentó la posibilidad de trabajar haciendo cositas para misiones espaciales, y en eso ando. Comunico ciencia desde el Twitter Apuntes de ciencia. Más acerca de mi (incluyendo mis artículos y presentaciones online) aquí.