La Unesco declaró este año 2025 como el año de la Ciencia y Tecnología Cuánticas (AIQ). Y hay que adentrarse en ese universo mágico y maravilloso 🧐
La mecánica cuántica es la teoría que explica fenómenos submicroscópicos (a nivel atómico) con una regla central: las probabilidades y las interferencias importan. No es misticismo: es una herramienta predictiva que usamos todos los días sin notarlo.
La mecánica cuántica funciona como un manual de instrucciones para describir lo muy pequeño. A comienzos del siglo XX fue necesario explicar fenómenos que la física clásica no podía: la luz que se comporta como onda y como partícula, los átomos que no colapsan, los materiales que conducen o aíslan. La realidad cuántica nos obliga a aceptar que, en escalas diminutas, las posibilidades cuentan tanto como los hechos, y que medir no es mirar desde lejos, sino participar de lo que ocurre.
La mecánica cuántica (MC) es el marco teórico que describe el comportamiento de la materia y la radiación en escalas atómicas y subatómicas. Su punto de partida fueron una serie de anomalías que, a inicios del siglo XX, desafiaron a la física clásica: la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico, la estabilidad de los átomos. Para darles respuesta, hubo que admitir que la energía no siempre fluye de manera continua, sino en “paquetes” (cuantos), y que objetos como electrones y fotones exhiben un doble carácter: a veces parecen partículas y otras veces muestran la conducta de ondas que pueden interferir.
La MC establece que, antes de medir, debemos describir el sistema mediante una función de onda, que asigna probabilidades a los distintos resultados posibles. Cuando medimos, obtenemos un resultado concreto y esas posibilidades se reorganizan (algunos dicen que “la realidad colapsa”). Entre una cosa y otra existe una dinámica precisa que se ha comprobado miles de veces en laboratorios de todo el mundo.
Es importante subrayar que la medición es una interacción física que selecciona un resultado: no exige la presencia de una mente humana. La frase coloquial “Nada es real hasta que lo miro” es engañosa. Propiedades como la masa o la carga están bien definidas, y las dinámicas físicas son objetivas. Lo indeterminado antes de medir no es la existencia de las cosas, sino qué resultado concreto aparecerá.
¿Por qué debería importarnos?
Aunque no trabajes en un laboratorio, gran parte de la tecnología moderna depende de efectos cuánticos: la electrónica en los teléfonos, los diodos láser en lectores y sistemas de comunicación, los transistores en cada computadora o circuito integrado, y la resonancia magnética nuclear en hospitales. Entender lo cuántico en sus fundamentos no solo ayuda a apreciar mejor estas tecnologías, también nos vacuna contra los malentendidos que suelen rodear a esta disciplina.
El experimento de la doble rendija
En 1801, Thomas Young demostró de manera contundente que la luz podía comportarse como una onda. Una perturbación que se propaga oscilando a cierta frecuencia. Young hizo pasar un haz de luz a través de dos rendijas muy estrechas y paralelas. Observó que en una pantalla —detrás— no aparecían únicamente dos franjas iluminadas, como ocurriría con cualesquiera partículas lanzadas hacia dos aberturas. Observó un patrón de interferencia: zonas brillantes y oscuras alternadas. Lo que ahora se sabe, es lo típico de ondas que se superponen, pero eso ya se sabía en el mundo macroscópico, por ejemplo, al observar el agua de un estanque al perturbarla.
Este fenómeno cualquiera puede reproducirlo en casa, e incluso quizás lo haya observado sin darse cuenta: por ejemplo, al mirar un CD y notar los colores cambiantes que se reflejan en su cara plateada. Esos colores se deben a interferencias producidas por la luz al dispersarse en los estrechos canales donde está registrada la información digital del disco compacto.
Más de un siglo después, cuando se descubrió que la luz también podía comportarse como partícula (fotones), se repitió el experimento enviando fotones de uno en uno. La sorpresa fue que, incluso así, los impactos individuales en la pantalla, acumulados con el tiempo, volvían a dibujar un patrón de interferencia. Es decir: cada partícula parecía pasar por ambas rendijas a la vez e interferir consigo misma.
Lo más desconcertante ocurre al intentar observar por cuál rendija pasa el fotón. Si se coloca un detector en una de las aberturas, el patrón de interferencia desaparece y solo se ven dos franjas, como si la luz eligiera un único camino. La mera posibilidad de conocer la trayectoria cambia el resultado: el acto de medir modifica el fenómeno.
Hoy sabemos que no se trata de magia ni de intervención de la mente humana. Lo que ocurre es que la función de onda, que describe la superposición de caminos posibles, se reorganiza al interactuar con el detector. Eso es la medición cuántica: una interacción física que transforma un abanico de posibilidades en un hecho concreto. Medir no es “mirar”: es interactuar, y esa interacción cambia el sistema. Dicho en lenguaje técnico, la función de onda colapsa y hace evidente un resultado único.
Superposición: varias posibilidades a la vez
Una de las ideas más desafiantes de la mecánica cuántica es la superposición de estados. Antes de medir, un sistema cuántico no está en un estado definido, sino en una combinación de todos los estados posibles que puede adoptar. Dicho de manera simple: en el mundo cuántico, las posibilidades no se descartan hasta que ocurre la medición.
El ejemplo clásico es el del electrón que pasa por las dos rendijas: no es que elija una rendija al azar, sino que su función de onda lo describe como si explorara ambas trayectorias al mismo tiempo. Solo al interactuar con un detector o con el entorno se obtiene un resultado concreto: “por aquí pasó”.
Para contrastar lo anterior con un ejemplo cotidiano, pensemos en una moneda. Cuando la lanzamos, antes de caer sabemos que saldrá cara o cruz, pero esas son solo probabilidades estadísticas: en cada lanzamiento, la moneda ya está en un único resultado (aunque todavía no lo conozcamos). En cambio, en el mundo cuántico, el equivalente sería que la moneda estuviera realmente en cara y cruz simultáneamente, y que al medirla se produjera la selección de una de esas posibilidades.
Esto no significa que, en el mundo macroscópico, todo lo que no vemos exista en múltiples versiones. La superposición se aplica a partículas en escalas atómicas y subatómicas, y se pierde rápidamente cuando el sistema interactúa con su entorno. Ese proceso se llama decoherencia, y es la razón por la cual, en el famoso experimento mental —y mal llamada “paradoja”— de Schrödinger, no vemos “gatos a la vez vivos y muertos”.
Por qué el mundo cotidiano no parece cuántico
Si la superposición es una propiedad tan fundamental de la naturaleza: ¿por qué no la vemos en la vida diaria? ¿Por qué no observamos coches en dos calles a la vez o gatos a la vez vivos y muertos?
La respuesta está en la decoherencia. Un sistema cuántico aislado puede mantenerse en superposición: un electrón puede “estar” en varias posiciones posibles o un átomo en distintos estados de energía. Pero en cuanto ese sistema interactúa con su entorno —con el aire, la luz, la temperatura, incluso con la vibración de otras partículas—, las delicadas fases de la función de onda se pierden. Dicho de otro modo: la superposición se “deshace” y el sistema se comporta como un objeto clásico.
La decoherencia no destruye lo cuántico: lo dispersa en el entorno. El sistema ya no puede mantener la interferencia entre sus posibles estados porque las interacciones con el mundo exterior actúan como una medición continua. Por eso, en la práctica, un gato no puede sostener una superposición de los estados “vivo” y “muerto”: el intercambio constante de información con el entorno colapsa esa posibilidad.
Este fenómeno explica por qué nuestro mundo cotidiano nos parece estable y definido. No es que las leyes cuánticas dejen de aplicarse en lo macroscópico: es que, al escalar, las interacciones con el entorno son tantas y tan rápidas que la decoherencia convierte las superposiciones en realidades únicas antes de que podamos notarlas.
Desafiando la intuición
Si lo anterior resulta desafiante, increíble o maravilloso, lo que sigue ha sido la perdición —y también la fascinación— de muchas de las mejores mentes. Entre los fenómenos más sorprendentes de la mecánica cuántica está el entrelazamiento cuántico. Sucede cuando dos o más partículas se generan o interactúan de tal manera que sus estados quedan correlacionados: describir el estado de una implica automáticamente describir el estado de la otra, sin importar la distancia que las separe.
Imaginemos dos electrones que nacen de un mismo proceso y quedan entrelazados. Si medimos la orientación del giro (espín) de uno y resulta “arriba”, el del otro será “abajo”. Pero esto depende de cómo se preparó el par de partículas: no siempre es “uno arriba, el otro abajo”. A veces es así (estado singlete) y otras veces ambos resultan en el mismo estado (estado triplete u otros). Lo importante es que, antes de medir, ninguno “tiene” un valor definido de espín. Están en una superposición conjunta, y el resultado de uno fija el del otro, ya sea en oposición o en coincidencia, según el estado preparado.
Lo notable es que este acoplamiento se cumple, aunque las partículas estén a kilómetros, o incluso miles de kilómetros, de distancia. No se trata de que una “le envíe” una señal instantánea a la otra: ambas forman un solo sistema cuántico cuya función de onda abarca a las dos.
Albert Einstein calificó este fenómeno como una “acción fantasmal a distancia”, porque parecía violar su principio de que nada viaja más rápido que la luz. Sin embargo, miles de experimentos han confirmado que el entrelazamiento existe y que las correlaciones cuánticas no pueden explicarse por causas ocultas clásicas. La física moderna lo describe como un recurso real, sin necesidad de asumir señales instantáneas: lo que aparece no es información transmitida, sino una correlación establecida desde el origen.
El entrelazamiento es además la base de tecnologías emergentes como la criptografía cuántica, que aprovecha la imposibilidad de copiar un estado cuántico sin perturbarlo, y la llamada teleportación cuántica, que permite transferir el estado de una partícula a otra usando un canal clásico combinado con entrelazamiento.
Computación cuántica
La computación cuántica aprovecha los dos principios de la mecánica cuántica antes comentado: la superposición y el entrelazamiento. En lugar de bits clásicos (0 o 1), usa qubits, que pueden estar en una combinación de 0 y 1 al mismo tiempo. Cuando varios qubits se entrelazan, pueden explorar múltiples posibilidades de manera paralela.
Esto no significa que una computadora cuántica sea más rápida en todo, pero sí que es prometedora para resolver ciertos problemas muy complejos: simulación de moléculas y materiales, optimización de rutas o diseños, y ruptura o creación de nuevos sistemas de cifrado.
Actualmente existen prototipos con decenas o cientos de qubits, pero todavía enfrentan un gran desafío: la fragilidad de los estados cuánticos y la necesidad de corregir errores. Se está en una etapa temprana, similar a los primeros años de la informática clásica, pero con un potencial enorme.
A manera de conclusión
La mecánica cuántica nació para explicar lo invisible y terminó transformando lo cotidiano. Desde los transistores hasta los relojes atómicos que sincronizan los sistemas de navegación y posicionamiento mundial, su huella está en todas partes. Aun así, conserva un aire de misterio, no porque sea magia, sino porque desafía nuestra intuición.
Entender lo cuántico no significa necesariamente dominar y ser experto en ecuaciones, sino entender y aceptar que la naturaleza juega con reglas diferentes en lo extremo diminuto.
Mitos comunes sobre la mecánica cuántica
A lo largo del tiempo, la mecánica cuántica ha sido terreno fértil para malentendidos, exageraciones y hasta apropiaciones místicas. Conviene aclarar algunos puntos:
1. “El observador crea la realidad”
No es necesario un ser humano mirando para que ocurra algo cuántico. Medir significa que el sistema interactúa con otro (un detector, una molécula de aire, un fotón). Esa interacción física es la que selecciona un resultado, no la conciencia del observador.
2. “Nada es real hasta que lo miro”
Incorrecto. Propiedades como la masa, la carga o el espín son objetivas. Lo que está indeterminado antes de medir son ciertos resultados concretos (por ejemplo, qué dirección exacta tendrá el espín), no la existencia de la partícula.
3. “La mecánica cuántica permite enviar señales más rápido que la luz”
El entrelazamiento genera correlaciones instantáneas, pero no transmite información útil más rápido que la luz. Para comunicar un mensaje sigue siendo necesario un canal clásico, limitado por la relatividad.
4. “La teleportación cuántica mueve materia de un lugar a otro”
Lo que se transfiere es el estado cuántico de una partícula a otra, no la partícula misma. Es más parecido a copiar la “información de configuración” que a transportar físicamente un objeto.
5. “Lo cuántico explica la conciencia, la telepatía o la suerte”
No hay evidencia científica de que los procesos cerebrales o fenómenos paranormales dependan de efectos cuánticos de este tipo. Las aplicaciones reales de la mecánica cuántica están en la electrónica, la óptica, la metrología y las tecnologías de la información.
Aunque muchas veces se asocia lo cuántico con experimentos extraños o tecnologías futuristas, la realidad es que ya vivimos rodeados de aplicaciones basadas en principios cuánticos.
1. Electrónica y transistores
Cada computadora, teléfono móvil o aparato electrónico depende de transistores, diminutos interruptores que regulan el paso de corriente. Su funcionamiento solo puede explicarse mediante mecánica cuántica, en particular con el efecto túnel y el comportamiento de los electrones en semiconductores.
2. Láseres
Los lectores de códigos de barras, las cirugías o los sistemas de comunicación con fibra óptica usan láseres, cuyo principio de emisión estimulada de fotones fue predicho y explicado con mecánica cuántica.
3. Resonancia magnética nuclear
En hospitales, la resonancia magnética (MRI) se basa en cómo los núcleos atómicos responden a campos magnéticos y ondas de radio, un fenómeno explicado por la teoría cuántica del espín. Gracias a ello podemos obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo humano.
4. Relojes atómicos
Los sistema de posicionamiento global (como el GPS) requiere una precisión extrema en la medición del tiempo. Esto es posible gracias a los relojes atómicos, que miden las transiciones cuánticas de ciertos átomos (como el cesio o el rubidio).
5. Paneles solares y LEDs
Las celdas fotovoltaicas que convierten luz en electricidad, así como los LEDs que iluminan nuestros hogares, dependen del efecto fotoeléctrico: la liberación de electrones cuando un material absorbe fotones.
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PD: De lo arbitrario a lo fundamental:
La mecánica cuántica posee un marco teórico complejo, y a la vez parece sustentarse en un mosaico de reglas que, en su origen, carecían de una interpretación o justificación física evidente, derivadas más de intuiciones que de certezas absolutas o deducciones rigurosas.
Por ejemplo, Erwin Schrödinger propuso su ecuación de ondas como una herramienta matemática para describir el comportamiento probabilístico de las partículas cuánticas, inspirándose en analogías con la física clásica de ondas. Poco después, Max Born presentó la regla para calcular la densidad de probabilidad de una partícula en un tiempo determinado, a partir de una suposición intuitiva sobre el significado físico de la función de onda.
Al mismo tiempo, Werner Heisenberg desarrolló el formalismo de operadores, en el que las magnitudes físicas —como posición, momento o energía— se representan mediante operadores matemáticos que actúan sobre la función de onda. Este enfoque, aunque inicialmente abstracto y sin una interpretación física obvia, resultó ser una de las piedras angulares de la teoría.
De este modo, la mecánica cuántica da la impresión de estar construida sobre principios que, en un inicio, parecían arbitrarios. Sin embargo, con el tiempo muchos de ellos se consolidaron como reglas operativas fundamentales. Algunos, como el uso sistemático de operadores para obtener propiedades observables del sistema, fueron aceptados dentro de un marco que podría calificarse de cuasi-dogmático, aunque extraordinariamente eficaz en la práctica.
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