«La física quàntica frega la filosofia»

On podem trobar la física quàntica en la vida real?
La física quàntica està a tot arreu: als televisors, a les cafeteres, als avions... Una de les raons per les quals hi va haver una revolució tecnològica el segle passat va ser, precisament, a través del descobriment de la física quàntica. Així vam saber com estan fets els materials, com es mouen les molècules, i això va permetre construir semiconductors, transistors, components electrònics, centrals nuclears...

En quins camps creu que ens sorprendran més les seues aplicacions?
Es diu que és molt difícil predir el futur, oi? Així que és molt difícil saber on trobarem aplicacions però jo suposo que les més importants, si succeeixen, seran en el camp de la biologia, de la medicina, de la química. De moment no en coneixem cap en concret.

	Física quàntica per a enginyers. Problemes Ferrer Anglada, Núria;Arcos Gutiérrez, David (Universitat Politecnica de Catalunya. Iniciativa Digital Politecnica, 2017) · 124 pàg. · 6 €
	Física quàntica per a enginyers. Problemes Ferrer Anglada, Núria;Arcos Gutiérrez, David (Universitat Politecnica de Catalunya. Iniciativa Digital Politecnica, 2017) · 124 pàg. · 15 €
	Teoria de la computació Rocha Cárdenas, Jairo (Edicions UIB, 2017) · 248 pàg. · 15 €
	MECÁNICA COMPUTACIONAL DE SÓLIDOS: PRÁCTICAS SOBRE EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS CON SAP2000 CASANOVA COLÓN, JOSÉ (Universitat Politècnica de València, 2016) · 0 pàg. · 5 €
	MECÁNICA COMPUTACIONAL DE SÓLIDOS: PRÁCTICAS SOBRE EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS CON SAP2000 Casanova Colon, José (Universitat Politècnica de València, 2016) · 88 pàg. · 16 €

La computació quàntica ha sorgit a partir de les limitacions de la computació clàssica?
Han sorgit dos fenòmens alhora. En primer lloc, a causa del desenvolupament tecnològic i a la recerca, hem estat capaços de veure coses cada cop més petites. Fa un segle podíem veure amplades una mica més primes que un pèl. Amb el temps es van anar construint microscopis millors i uns altres tipus d’equips que ens permeten veure coses més petites i hi ha un moment en el qual passem la frontera on la física quàntica es comença a manifestar. Aquest fet s’ha donat a finals del segle XX, a la dècada dels 80 i dels 90. En segon lloc, la computació tradicional intenta emmagatzemar cada cop més informació en menys espai i això fa que també hagi d’anar cap al món microscòpic. Llavors aquests dos camps es troben i d’aquí sorgeix la idea d’utilitzar els fenòmens extraordinaris en la computació.

Entenc llavors que no es tracta només de la capacitat d’un equip científic sinó de la interdisciplinarietat dels diferents camps dins la ciència i dels ritmes als que aquests avancen.
És clar. És un cercle tancat. No només en la física quàntica, sinó en la recerca en general. La recerca està molt relacionada amb el desenvolupament tecnològic i la recerca bàsica dóna lloc a un desenvolupament tecnològic, després aquest desenvolupament tecnològic permet construir equips que ens permeten traspassar noves fronteres, que donen lloc a nous descobriments científics i aquests ens porten, al seu torn, a nous descobriments tecnològics, i així es tanca la roda.

O sigui, que es poden veure aturats en la seua tasca de recerca per falta d’avanços tecnològics en altres disciplines.
Sí. De fet avui dia no tenim cap ordinador quàntic; l’estem intentant construir però el que cal és que hi hagi un desenvolupament tecnològic i quan es produeixi doncs potser es pot construir aquest ordinador quàntic, que ens possibilitarà tenir una tecnologia capaç de fer càlculs majors que, al seu torn, poden donar lloc a noves idees per fer nous descobriments científics. És una roda.

Llavors el Mare Nostrum a Barcelona no és un ordinador quàntic?
És un ordinador molt potent, potentíssim, però és un ordinador basat en les lleis clàssiques.

Així, a dia d’avui, no existeix cap ordinador quàntic arreu del món?
Existeixen petits prototips, però són tan petits que simplement serveixen per veure que les coses funcionen, que entenem bé el que està passant, que els principis en els quals es basa la computació quàntica funcionen. Però són molt petits, no poden competir ni amb l’ordinador personal ni amb una calculadora de mà.

Estem lluny de tenir un ordinador quàntic a les nostres llars? Ens caldria?
Estem molt, molt lluny. No sé com definir-ho per donar a entendre que és molt lluny. En tot cas, mai se sap, no es pot dir això servirà així o per a tal cosa. Però a mi no se m’acut que un ordinador quàntic ens pogués donar cap avantatge respecte a un ordinador normal per a les nostres tasques diàries. No necessitem ni més velocitat ni més potència de càlcul.

Quines serien les aplicacions socials dels ordinadors quàntics?
Aplicacions indirectes, en aquests moments. El necessitem per fer càlculs importants en el camp de la química, de la biologia... Per dissenyar, potser, un fàrmac, cal fer uns càlculs per predir quines són les propietats o optimitzar els efectes que pugui tenir. Aquestes optimitzacions i aquest estudi de materials, de propietats, de compostos químics són complicadíssims, necessiten uns càlculs enormes. Alguns d’ells es poden fer amb els ordinadors, superordinadors, que tenim, però molts d’altres no es poden fer ni es podran fer. Aquí és on l’ordinador quàntic tindrà un paper important.

Quines són les principals limitacions avui dia per desenvolupar un ordinador quàntic?
Els ordinadors quàntics funcionen al món microscòpic dels àtoms que és on aquests efectes especials apareixen, i resulta que són molt sensibles a qualsevol cosa que estigui succeint allà que no sigui desitjada. És a dir, per construir un ordinador quàntic cal tenir aquests àtoms completament aïllats de l’exterior: que no entri llum, que no entri cap molècula, que no passi res. I aquesta és la limitació fonamental. Avui dia podem aïllar molt bé 10, 15, 20 àtoms, però no 100.000, que són els que necessitem per a construir un ordinador quàntic. Així que cal tenir una tecnologia que, per una banda, ens permeti aïllar molt bé els àtoms i, d’altra banda, que una vegada aïllats els puguem manipular com vulguem.

Però sabem que en física quàntica les característiques pròpies d’un objecte no estan definides quan no les observem. Els observadors som part de la realitat. Quines salvaguardes tenen per evitar la «contaminació» de la informació per part de l’observador?
Dit en dues paraules: no s’ha de mirar mentre es fa. Quan s’estan fent aquestes computacions quàntiques ha d’estar completament aïllat de tal manera que no l’observem. Si l’observem perd totes les propietats perquè nosaltres interactuem amb el sistema. Quan el veiem és que fotons –llum– surten dels àtoms i ens arriben a nosaltres i això crea una interacció no desitjada. Un cop s’ha acabat la computació, quan ja està el resultat allà, llavors sí podem mirar i no passa res perquè no es destrueix aquesta informació. Ja està allà i roman.

Serà primordial també en el camp de la criptografia?
Si parlem de criptografia ens anem al camp de la comunicació i aquí té aplicacions relacionades sobretot amb la seguretat. Avui dia existeixen molts protocols per enviar informació secreta d’un lloc a un altre. S’encripta la informació de forma que si algú la vol llegir es porta a un receptor i el receptor sí que pot traduir-ho, perquè per endavant s’ha posat d’acord amb el que envia la informació. Aquests protocols funcionen molt bé però si tinguéssim un ordinador quàntic es podrien desxifrar.

Quin paper té en aquest punt la física quàntica?
A través de la física quàntica es poden establir protocols que ni un ordinador quàntic, ni res, no podria desxifrar. Un mètode segur de comunicació.

Es podria construir un protocol criptogràfic inatacable, invulnerable?
Aquesta és l’aplicació. La física quàntica té una propietat molt estranya: és possible que la informació desaparegui d’un lloc i aparegui en un altre lloc diferent sense que passi per enmig.

Està la comunicació quàntica més a prop d’una aplicació real que l’ordinador quàntic?
Està molt més a prop. Una altra cosa és que la necessitem per a alguna cosa. Com avui dia no existeix cap ordinador quàntic, les comunicacions criptogràfiques actuals són segures. Però ja n’hi ha fins i tot empreses que venen sistemes criptogràfics quàntics. Molt lluny, però, de les cases perquè és molt més car que un sistema usual.

Creu que en algun cas la física quàntica xoca de nassos amb les limitacions del llenguatge?
Sí. No només del llenguatge sinó de l’experiència. El llenguatge és una expressió de la nostra experiència. Hi ha coses noves que no hem vist mai i no tenim una forma de descriure-ho, ni d’entendre-ho, ni de comparar-ho amb res conegut que haguem conegut abans i aquesta és la dificultat. Si jo li explico les lleis de la física quàntica pensarà que estic boig o dic bajanades. I és perquè no hi ha res amb què comparar-ho i això fa que no tinguem el llenguatge apropiat per a explicar-ho ni tampoc l’experiència necessària perquè les altres persones ho puguin entendre. Però si portes temps treballant en això, t’acostumes i saps com funciona.

A vostè li interessa el punt de vista més pragmàtic de la física quàntica, però no es veu temptat d’especular amb les possibles interpretacions dels fenòmens observats?
La física quàntica té una part que frega una mica la filosofia. Quan diem que les propietats dels objectes no estan definides quan no els observem, doncs hom pot pensar quines són les implicacions filosòfiques. I aquí és on em declaro més pragmàtic. M’agrada parlar-ne però sovint són interpretacions no susceptibles d’un experiment. No hi ha un experiment que ens permeti veure quina és la interpretació correcta. Moltes de les interpretacions de la física quàntica tenen les mateixes conseqüències experimentals per al nostre món. Així que depèn una mica de l’opinió, m’agrada parlar-ne però no treballo en això

Es pot conciliar una creença en Déu amb la física quàntica?
Sí. La física quàntica ni desmenteix ni certifica l’existència de Déu. És independent. Si mires cap enrera, alguns dels arguments que es donaven per sostenir l’existència de Déu, la teoria quàntica ho desmunta però això no vol dir que no hi hagi d’altres arguments.

En el futur, creu possible que s’assolisca una teoria del tot, capaç de donar explicació des d’observacions del món macroscòpic a fenòmens microscòpics?
Com entendríem la teoria del tot, no. La raó és que amb el temps es va avançant en noves fronteres i quan passem una nova frontera apareixen coses noves que ni ens hem imaginat; llavors el que es pot tenir són teories que puguin descriure les coses que tenim però que d’aquí puguin predir tot el que ens anirem trobant segons anem passant aquestes fronteres, jo crec que això no serà possible i, de fet, no és ni demostrable, mai es pot demostrar una teoria així, mai es pot dir que la física quàntica és la teoria del tot... ni molt menys.

Llavors una teoria del tot no té sentit.
No, però el que sí que pot haver-hi són teories que vagin més enllà de les que tenim avui dia. Sabem que la física està basada en forces: elèctriques-magnètiques, les forces fortes, les dèbils i les gravitatòries, bàsicament. I resulta que les teories que tenim avui dia no són satisfactòries. No encaixen totes aquestes forces en una sola teoria. A mi m’agradaria tenir una teoria en la qual totes aquestes forces fossin simplement diferents manifestacions d’una mateixa cosa. I això no succeeix. S’aconsegueix amb tres de les forces però hi ha una d’elles que no encaixa. Llavors sí que és possible que es trobi una teoria en la qual aquestes quatre forces encaixin. Això sí que és possible. Però potser hi ha una altra força o 20.000 forces més que vinguin en el futur i que no encaixin en aquesta teoria, això no ho podem saber.

És fàcil compaginar la tasca d'investigador amb la de director de l'Institut Max Planck?
Per sort sóc el director de la Divisió Teòrica de l’Institut. Som cinc directors a l’Institut i ens rotem com a director executiu. El meu període com a director executiu ja va passar i em puc dedicar molt més a la recerca. Sí que és compatible. Precisament l’Institut et dóna la possibilitat de poder fer recerca la major part del teu temps, no cal donar classes, el sistema administratiu està molt ben organitzat, amb molta ajuda.

Creu possible tornar al nostre país en un futur?
No. No crec que tingués cap benefici ni per a Catalunya ni per a mi. La relació que tinc ara amb Barcelona en particular és molt bona, assessoro i col•laboro amb l’Institut de Ciències Fotòniques de Castelldefels, però la meva feina està a Alemanya, on tinc tota l’organització necessària per desenvolupar la meva feina.

Com descriuria el seu grup de recerca?
Amb un somriure (esbossa el somriure més ample de l’entrevista). Estic molt i molt content, molt orgullós. Tinc molta sort de tenir un grup com el que tinc. Són gent de la millor que hi ha al món. Els estudiants més prometedors, els joves que guanyen medalles internacionals ja com a estudiants, doncs molts d’ells venen al meu grup a l’Institut. A més hi ha un ambient molt bo.

Com a professor convidat i assessor de recerca a l’Institut de Ciències Fotòniques de Castelldefels (UPC), quina opinió té de les universitats de la regió Vives?
Conec menys les universitats que aquest Institut al que sí que vinc sovint. El que sí es pot veure clarament és que les universitats del territori han millorat els darrers anys i han millorat les seves posicions en recerca, però encara els queda un gran camí per recórrer. Si mirem aquests rànquings que tots coneixem –que no se’ls ha de fer massa cas però una mica sí– es veu que les universitats del territori, dins d’Espanya, estan força per davant, en general.

En quin estat considera que està la recerca científica al món acadèmic del nostre país?
Hi ha una mica de tot. Hi ha grups molt bons, al millor nivell internacional, i hi ha també molts altres grups que fan una tasca més regional o recerca més concreta... El que es troba a faltar és que hi hagi més grups punters.

La ministra de Ciència i Innovació assegura que no hi ha fuga de cervells al nostre país, sinó mobilitat de talent dins la carrera científica. Creu que es tracta d’un eufemisme?
No. Fa temps que dic que no ens hem de preocupar que la gent marxi a l’estranger, de fet és bo marxar fora, boníssim. Que marxin però que tornin ells o altres tan bons que vinguin d’altres països. La ciència és molt internacional. Te’n vas a Estats Units i trobes gent de la Xina, del Japó, d’Alemanya... perquè a cada tema hi ha països més dedicats i llavors la gent intenta anar allà; un país no pot representar tots els temes de recerca al màxim nivell. Això és bo. El que és dolent és que els moviments dels científics siguin només en una direcció: cap a fora; llavors és una pèrdua de diners invertits en formació que després marxa.

Com ha canviat la seva trajectòria científica en haver guanyat el Premi Príncep d'Astúries essent tan jove?
L’any després de guanyar-lo i una mica més endavant vaig tenir molt viatges per fer conferències per tot Espanya. Ara ja s’ha calmat una mica.

Com es va sentir en conèixer la possibilitat de ser nomenat al Nobel de Física?
Un se n’alegra molt però ho veu poc realista.

_______________________________________________________________________________________________

Fenòmens extraordinaris
Entrar en contacte amb els plantejaments de la física quàntica és descobrir la màgia del món submicroscòpic per a la majoria dels mortals. Universos paral•lels, teletransportació o telepatia són algunes de les paraules amb què els profans en el tema donaríem enteniment a les lleis extraordinàries per les quals es regeixen els àtoms. El professor Cirac (Manresa, 1965) porta més de 20 anys bussejant en aquests fenòmens extraordinaris, que es produeixen al món de les petitíssimes partícules que són part dels àtoms dels quals estem formats.

Els seus estudis se centren sobretot en la teoria quàntica de la informació. Ha desenvolupat un sistema de computació basat en mecànica quàntica, que s’espera que permeta dissenyar algoritmes molt més ràpids en el futur. Ha publicat més de 200 articles científics, ha rebut una llarga llista de guardons i de reconeixements arreu del món i avui dia dirigeix la Divisió Teòrica de l’Institut Max Planck d’Òptica Quàntica a Garching, Alemanya, on desenvolupa la seua tasca de recerca. No és d’estranyar que els principals centres de recerca d’aquest camp se’l rifen. L’Institut de Ciències Fotòniques de Castelldefels (UPC) té la sort de comptar amb Ignacio Cirac com a professor convidat i assessor de recerca.

El seu nom s’ha escartejat entre els possibles aspirants al premi Nobel; li preguntem com es va sentir, però no dedica massa atenció al tema. Els seus ulls redons i clars s’enfoquen i cobren vida quan comença a parlar dels fenòmens extraordinaris de la física quàntica.

Números anteriors