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El premio Nobel de Física de este año fue otorgado a los profesores Serge Haroche y David Wineland por "el desarrollo de métodos experimentales novedosos que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales".

Estas palabras sintetizan años de creatividad, esfuerzo y visión. En años recientes, se ha dado un impulso enorme a una subdisciplina de la física que suele denominarse ingeniería cuántica. Esta engloba métodos teóricos y experimentales en los que se busca tener un control máximo de los estados cuánticos de un sistema para implementar procesos de diversa índole.

Por ejemplo, codificación, transmisión y decodificación de información, implementación de algoritmos lógicos y numéricos, mediciones de precisión al límite establecido por la naturaleza, y simulación de procesos físicos en ambientes controlados.

Aún antes de que la comunidad científica reconociera la importancia de esta área, los profesores Haroche y Wineland sentaron las bases de gran parte de los métodos experimentales que se emplean para obtener este control cuántico. Cada uno de ellos los hizo en entornos diferentes y complementarios.

La herramienta básica de trabajo de Haroche es una cavidad superconductora cuya calidad permite que un fotón en la región de microndas pueda viajar el equivalente al perímetro terrrestre antes de ser absorbido o perdido en sus paredes. A través de esta cavidad transitan átomos individuales en estados llamados de Rydberg.

El radio del electrón de valencia de estos átomos es aproximadamente 1000 veces el radio de un átomo típico en su estado base. La interacción de estos átomos individuales con los fotones individuales ha sido estudiada por el grupo de Haroche en la Escuela Normal Superior y utilizada para implementar por primera vez experimentos "pensados" por los fundadores de la Mecánica Cuántica. Para ello hubo que idear y describir con el máximo cuidado las huellas que esta interacción luz-átomo deja en los átomos.

Por otra parte, la herramienta básica de trabajo de Wineland es una trampa cuadrupolar eléctrica para iones atómicos. Esta trampa fue propuesta por el también premio Nobel de 1989 Wolfang Paul, y resulta muy útil en espectroscopía de masas. Este dispositivo, implementado a nivel litográfico, es utilizado junto con pulsos de luz láser para enfriar y controlar el movimiento de los iones hasta conseguir que este movimiento requiera de una descripción cuántica.

Las temperaturas efectivas para los átomos que se obtienen por los métodos desarrollados por Wineland en el Instituo Nacional de Calidad y Tecnología de la Universidad de Colorado son las más bajas jamás alcanzadas (un ion de berilio puede estar en su estado base de movimiento con una probabilidad superior al 99.9% por tiempos que se miden en escalas de horas). Este estado de movimiento ofrece indicios de las operaciones que se realizan más tarde para obtener estados cuánticos bajo diseño.

El límite a esta clase de experimentos de máximo control cuántico lo establece el llamado fenómeno de decoherencia cuántica, esto es la pérdida de coherencia cuántica debida a la observación parcial del sistema. Su raíz está en la incapacidad de aislar completamente a un sistema dado.

Los trabajos de Haroche y Wineland han también contribuido al estudio de este fenómeno. Las herramientas teóricas para su descripción son un reto que conducirá a nuevos descubrimientos y amplirá nuestra visión sobre la frontera entre el mundo clásico y cuántico.