En la frontera de lo micro a lo macro

El 6 de noviembre, durante la inauguración de la segunda etapa del Polo Científico Tecnológico, la Presidenta de la Nación, Cristina Fernández de Kirchner, entregó el premio “Distinción Investigador de la Nación 2014” a Juan Pablo Paz, investigador superior del CONICET en el Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA, CONICET-UBA), del cual es además director.

“Para mí es un halago enorme, he tenido la suerte en mi vida de que algunos pensaran que mi trabajo era merecedor de algunos premios pero este tiene una connotación especial. Es un premio que me da mi país y que fue entregado en un contexto que para mí es muy importante que es la inauguración de una nueva etapa del Polo Científico Tecnológico y la sede del CONICET, que son el símbolo de una época en donde se logró recuperar la ciencia de una manera en que hace doce años era utópico. Que en ese contexto me lo haya entregado la Presidenta para mí es un honor particular y estoy muy contento por eso”, asegura el investigador sobre el importante reconocimiento.

Paz es doctor en Ciencias Físicas por la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (FCEN-UBA) donde se desempeña como profesor. Realizó su posdoctorado en la Universidad de Maryland y en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, Estados Unidos. En el año 2010 recibió el Premio Bunge y Born y dos años más tarde el TWAS por sus aportes sobre la frontera de la mecánica cuántica.

“Mi línea de trabajo siempre tuvo una motivación más bien básica que es tratar de entender la frontera del mundo cuántico y el clásico. La mecánica cuántica es la teoría inventada para explicar los experimentos que involucran los sistemas más pequeños que conocemos y es muy distinta conceptualmente a la física que usamos para explicar el movimiento de objetos macroscópicos como los planetas o cualquier cosa que nos rodee. El pasaje de ese mundo microscópico al macroscópico todavía tiene problemas abiertos porque implica pasar de dos teorías drásticamente distintas”, explica el investigador.

En este sentido, destaca que la física cuántica no es algo exótico, y sin ella no se podría entender cómo funciona un láser, una central nuclear, cómo son las uniones químicas o cómo se comportan los sólidos. Toda la física es física cuántica, pero en el mundo macroscópico los efectos cuánticos más sorprendentes están muchas veces enmascarados y ocultos.

Dentro de esta especialidad, Paz, se dedica a estudiar la construcción de computadoras cuánticas. “Me di cuenta de que las cosas que había hecho tenían aplicación en el desarrollo de un tipo de computadoras en las que la información se almacena en la escala de un bit, una unidad binaria de información que es 0 o 1, en cada átomo. En las computadoras actuales la información se almacena en el estado de algún objeto físico, por ejemplo en un granito de un disco magnético que si bien hay que mirarlo con microscopio, desde el punto de vista de los átomos, es muy grande. En las computadoras cuánticas se va a almacenar y procesar en la escala de un átomo para cada bit. Si fuésemos capaces de hacer eso podríamos aprovechar lo raro que es la física cuántica para procesar la información de otra manera. En el mundo cuántico hay una dualidad en las partículas, se desdoblan y pueden seguir muchas trayectorias al mismo tiempo, tienen comportamiento ondulatorio. Estas computadoras aprovecharían esta dualidad onda-partícula para hacer muchos cómputos y serían mucho más eficientes que las computadoras que utilizamos actualmente”, afirma.

En una computadora cuántica uno podría hacer todo lo que hace una ordinaria, como navegar por Internet o escribir un texto, pero hay ciertas tareas que no pueden resolver eficientemente y que las cuánticas si podrían. ¿Qué quiere decir esto? Paz advierte que un problema tiene una solución eficiente cuando la inversión que se tiene que hacer en recursos, como tiempo de cómputos, memoria que utilizó o energía que se gastó, etc., no crece mucho en relación con el tamaño del problema.

“Para encontrar los factores primos de un número primo, se necesita una inversión. Si yo le agrego un dígito el esfuerzo computacional se multiplica por diez. Con un número de centenares de dígitos no hay computadora ordinaria que pueda encontrarlos y ese es un problema que las computadoras cuánticas podrían resolver eficientemente. Agrandando la pregunta, las computadoras clásicas son incapaces de responder y ese problema es de vital importancia para la seguridad informática que basan sus sistemas criptográficos en la capacidad de encontrar los factores primos de un número entero. Además, se podrían resolver otros problemas que tienen que ver con el estudio de las propiedades de sistemas físicos de materiales. Hay una frontera que impide el avance del uso de la computadora como instrumento para simular el comportamiento de sistemas naturales, una frontera que es la ineficiencia del cómputo. Si no soy capaz de simular eficientemente, entonces no puedo resolver un problema grande”, aclara el físico sobre las aplicaciones de la computación cuántica.

Según explica Paz, en la actualidad la carrera por construir una computadora cuántica, de la que participan miles de científicos en el mundo, no esta definida.
No hay todavía una tecnología viable para construir una maquina de ese tipo aunque hay varias en estudio. El investigador propuso nuevas aplicaciones para las computadoras cuánticas y está embarcado en la construcción de un laboratorio en el que se manipularán, por primera vez en América Latina, átomos de a uno a la vez. Esta tecnología, una de las más prometedoras para la computación cuántica también tiene aplicaciones en la construcción de relojes ultra precisos.