¿Qué es exactamente la física cuántica?

Nadie la percibe, pocos saben qué es; pero está presente en la vida de todos. Si estás leyendo esta nota desde un dispositivo móvil, computadora o tablet, ya estás interactuando con ella. Sí, justo ahí está la cuántica, muy cerca de ti, y en este texto te explicaremos qué es y cómo forma parte de tu día a día.

Tecnologías como las computadoras modernas, GPS, los láseres, teléfonos móviles, compras en línea, se implementaron mediante el dominio y la aplicación de la mecánica cuántica. Las tecnologías en ciernes como la inteligencia artificial, robótica, automóviles autónomos y telemedicina, también se condicionan por sus principios. No podríamos concebir la vida cotidiana actual sin la física cuántica.

“Esta rama de la ciencia estudia cómo se comporta la materia y la radiación en escalas diminutas, como átomos y partículas subatómicas. Su descubrimiento se remonta a 1900, cuando científicos encontraron evidencias de que las leyes de la física clásica no podían explicar ciertos fenómenos, como el comportamiento de la luz y la materia a nivel de sus componentes”, explicó Rocío Jáuregui Renaud, investigadora del Instituto de Física (IF) de la UNAM.

Precisó que la gran diferencia entre la física clásica y la física cuántica es que, mientras en la primera creemos poder conocer con certeza infinita la posición y velocidad de un objeto, la cuántica nos dice que hay un límite para ello, además su descripción debe ser probabilística.

Aplicaciones

La científica refirió que si como seres humanos somos capaces de describir y predecir, entonces contamos con la capacidad de poder controlar, tal como la física cuántica permite hacerlo con cosas como el flujo de electrones en un circuito, hecho que dio origen a la electrónica, y por ende a dispositivos electrónicos con los que convivimos todos los días.

Otro de los usos que se le da a la cuántica, agregó la también integrante de la Junta de Gobierno de la UNAM, es en la tecnología, con la realización de estudios médicos, como las tomografías o resonancias magnéticas. Estas técnicas importantes de imagenología han salvado muchas vidas, ya que mediante ellas es posible conocer a detalle el estado de salud de los pacientes sin lastimarlos.

Algunas más de las aplicaciones de la física cuántica son la electrónica (como transistores o microprocesadores), tecnología de la información (como la química computacional), otras tecnologías de la imagen (como los microscopios electrónicos) y tecnología de energía (como los reactores nucleares), entre otras.

Otros ejemplos son los siguientes: en el momento en que apagamos y prendemos algún aparato que involucra electrónica, significa que éste se diseñó a partir de fenómenos cuánticos. “O los teléfonos celulares, que normalmente tienen acceso a internet y están conectados a algún satélite que tiene un tiempo asignado para que la información de cada usuario llegue y se redireccione; la asignación usa relojes atómicos de gran precisión. Esto permite que no haya traslape entre los tiempos dados a cada uno de los millones de usuarios”.

Entonces, detalló, la física cuántica permitió crear desde estados de la luz de la materia interesantes hasta estados que correlacionan luz con materia y nos dan tecnologías nuevas.

Historia

“El nacimiento formal de la mecánica cuántica fue hace más de cien años gracias a los trabajos de Werner Heisenberg seguidos de los de Erwin Schrödinger, así como de un grupo de científicos teóricos y experimentales”, indicó.

Para Jáuregui Renaud, hubo dos fechas importantes: 1900, que es cuando se dio la detección de luz con propiedades inesperadas, y 1925, cuando Heisenberg, Dirac, Born, jóvenes científicos de entre 23 y 25 años, y Schrödinger, de 39, plantearon la formulación matemática adecuada para describir todo lo que nos rodea como la materia, la radiación o las partículas elementales.

A lo largo del tiempo, agregó, la cuántica ha tenido varias etapas. Primero, su formulación como teoría al reconocer que la naturaleza es cuántica. Luego, el uso de esta teoría para describir con precisión sistemas atómicos, moléculas y diferentes materiales. La primera revolución tecnológica cuántica permitió avances como la electrónica, fuentes de luz alternativas como los láseres (1950-1970). A partir de estos años se aprendió a utilizar los semiconductores y láseres para construir dispositivos como computadoras, radios, lectores de información y dispositivos para telecomunicaciones.

En la década de los años 80 y hasta la fecha, se ha gestado la segunda revolución cuántica que usa las particularidades de esta teoría para realizar tareas incompatibles con la física clásica. Entonces nació la información cuántica.

El pasado 7 de junio de 2024, la Asamblea General de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) asignó a 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuánticas (IYQ, por sus siglas en inglés). Esta fue una iniciativa en la que participó activamente Ana María Cetto, investigadora del IF. Con este festejo se conmemoran cien años del desarrollo inicial de la mecánica cuántica.

“La importancia de esta celebración es que todas las personas se enteren qué hay detrás de la descripción y función de los objetos que nos rodean y atraer a científicos nuevos que deseen hacer aplicaciones de la cuántica”, puntualizó.

Nuevas tecnologías

De acuerdo con Rocío Jáuregui, las nuevas tecnologías cuánticas no sólo utilizan la naturaleza como es, sino que buscan controlar sus propiedades. La cuántica, como teoría probabilística, permite manejar información de formas innovadoras.

Por ejemplo, la criptografía cuántica garantiza mensajes seguros al detectar intentos de espionaje. El cómputo cuántico manipula estados cuánticos para cálculos más eficientes, combinando elementos clásicos y cuánticos.

La investigadora manifestó, por otro lado, que “el cómputo cuántico explota la capacidad de manipular estados cuánticos en la materia para realizar cálculos de manera más eficiente que las computadoras clásicas”.

Además, la imagenología cuántica ofrece exploraciones médicas más precisas y menos invasivas. Estas aplicaciones muestran el impacto de la revolución cuántica en seguridad, medicina y procesamiento de información.

Celebración en la UNAM

Jáuregui Renaud refirió que en la UNAM hay una gran cantidad de científicas y científicos que trabajan con la cuántica, por ende hay un gran compromiso por darle una mayor visibilidad al tema.

A lo largo del año habrá una serie de eventos de divulgación dirigidos a todos los públicos. Serán un total de 30 actividades académicas mediante las cuales se reflexionará sobre cómo esta teoría ha impactado a la humanidad respecto a comunicaciones, medicina, transporte y medio ambiente, así como su futuro en México y el mundo. En dichas actividades participarán un total de 10 entidades de la UNAM.

El 29 de enero se realizó la conferencia “QUANTUM@UNAM 100 años de la revolución cuántica que cambió nuestras vidas” en el Auditorio Marcos Moshinsky del Instituto de Ciencias Nucleares, con la participación de Alfred Barry U’Ren Cortés, director de esa entidad, quien señaló que tecnologías como computadoras modernas y teléfonos existen gracias a la mecánica cuántica, facilitando la comunicación, pero también incrementando los gases invernadero.

María Herlinda Montiel Sánchez, directora del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología, destacó que la mecánica cuántica está presente en nuestra vida diaria por medio de celulares, telecomunicaciones y materiales magnéticos.

Pablo Barberis Blostein, del Instituto de Investigaciones en Matemáticas Aplicadas y en Sistemas, afirmó que la tecnología cuántica ya es una realidad, con avances en sensado, como los relojes atómicos, ejemplos en desarrollo muy activo son la criptografía cuántica y las computadoras cuánticas.

Por su parte, Luis Demetrio Miranda Gutiérrez, director del Instituto de Química, resaltó que la química moderna es impensable sin la mecánica cuántica. “El objeto de estudio de la química es la materia, la cual necesariamente está compuesta por átomos y moléculas. Hasta que no entendimos su estructura y cómo reaccionan ante otras moléculas no pudo haber avances como la transferencia de electrones”, puntualizó.

Aida Huerta Barrientos, secretaria de Posgrado e Investigación de la Facultad de Ingeniería (FI), recalcó que en esa entidad hay dos computadoras cuánticas a las que pueden acceder los estudiantes, y adelantó que ya se prepara una materia sobre cómputo cuántico para las alumnas y los alumnos.

En tanto, Mercedes Rodríguez Villafuerte, directora del IF, acotó que del 4 al 8 de agosto habrá una Escuela de Cómputo Cuántico encabezada por la Facultad de Ingeniería (FI), y una Escuela de Verano realizada entre el IF y el Instituto de Ciencias Físicas (ICF), donde se organizarán cursos y seminarios sobre el tema.

Asimismo, habrá un Congreso Internacional de Ciencia y Tecnología Cuántica, programado para el segundo semestre del 2025, en el que participarán expertos nacionales y extranjeros.

Milagros Varguez Ramírez, de la Dirección General de Divulgación de la Ciencia, confirmó la realización de conferencias, artículos y videos en TikTok para difundir el tema. Finalmente, Juan Carlos Hidalgo Cuéllar, director del ICF, subrayó que las actividades no sólo serán en Ciudad Universitaria, sino también en Cuernavaca, Juriquilla y Ensenada.