Teletransporte: ¿ciencia ficción o ciencia real?

El ritmo de vida que llevamos en la sociedad actual nos obliga a “movernos rápido”. Todo el tiempo tratamos de viajar de un lugar a otro a la mayor velocidad posible, y para ello recurrimos a diferentes medios de transporte, desde autos y trenes, hasta barcos y aviones. ¿Pero qué tal si pudiésemos reemplazar ese “movernos rápido” por un “movernos instantáneamente”? Eso es básicamente lo que nos plantearía la realidad del teletransporte.

La capacidad de transportar al instante a una persona o un objeto de un lugar a otro sería sin lugar a duda una tecnología capaz de cambiar el curso de nuestra civilización. No solo quedarían completamente obsoletos todos los medios de transporte mencionados, así como todas las industrias que sirven y en las que se basan dichos sistemas, sino que también se abrirían las puertas a nuevas tecnologías increíblemente avanzadas, incluso algunas que ni somos capaces de imaginar. ¿Pero qué tanto de ficción y qué tanto de realidad hay en el teletransporte?

De acuerdo a lo que hemos visto en materia de ciencia ficción (por ejemplo, en series como “Star Trek”), la forma más común de teletransporte funcionaría de la siguiente manera. En primer lugar, se desarma a una persona (u objeto) en una ubicación específica, átomo por átomo. Luego, se convierten todos esos átomos en una corriente de energía. A continuación se irradia dicha corriente de energía hacia la ubicación de destino. Y por último, se ensamblan todos esos átomos que conforman a la persona, de la misma manera, en la ubicación de destino.

Si nos ponemos a pensar un poco en ello, el cuerpo de una persona está compuesto por billones de billones de átomos. Y por cada uno de ellos, debería reproducirse con total exactitud su posición, la posición exacta y el spin de cada electrón, cada una de las estructuras moleculares, y al mismo tiempo, las formas en que todo esto interacciona entre sí, como se están moviendo, como están vibrando, todas las velocidades exactas y muchos etcéteras.

En la serie de ciencia ficción “Star Trek” los protagonistas utilizan el teletransporte todo el tiempo. En un principio, esto fue incluido en la serie porque no se contaba con el presupuesto necesario para recrear los despegues y aterrizajes de las naves en los planetas.

Aunque parezca una tarea prácticamente imposible de llevar a cabo, en principio no existiría ninguna limitación física natural por la cual no pudiese realizarse. Después de todo, si podemos efectuar dicho procedimiento con un único átomo (y más adelante veremos que puede hacerse y se ha hecho) no debería haber una limitante natural que nos impida hacerlo con un objeto macroscópico, como un ser humano. Lo que si existen, por lo menos en la actualidad, son limitaciones tecnológicas que nos impiden poner todo esto en práctica.

Una de las principales limitaciones tecnológicas se relaciona con la capacidad de almacenamiento de información. Al momento de convertir todos los átomos del cuerpo de una persona en energía, debería almacenarse toda la información relativa a cada uno de estos, para poder recuperarse nuevamente en el lugar de destino. El problema es que el teletransporte de una sola persona generaría miles de millones de terabytes de información. Para darnos una idea más exacta, si procediéramos a almacenar toda la información de una sola persona en diferentes discos de un terabyte cada uno, obtendríamos una cantidad tal de discos como para llenar 500 millones de edificios del tamaño de Empire State con ellos.

También podría existir una problemática tecnológica relacionada con la conversión de materia a energía. Como bien sabemos, y según fue expresado por la famosísima ecuación de Einstein “E=MC²”, la materia y la energía son la misma cosa, e incluso pueden transformarse y convertirse la una en la otra. Aunque parezca increíble, algo tan inofensivo como una galleta, podría contener tanta energía como una bomba atómica. La clave es cuán rápidamente dicha energía es liberada, lo cual en física se conoce como potencia, equivalente a energía por unidad de tiempo. Entonces, la conversión de la masa de un ser humano promedio a energía daría como resultado 40 veces la energía liberada en la más grande de las explosiones atómicas. Sin el medio tecnológico apropiado para controlar esta situación, el teletransporte podría resultar catastrófico.

La famosa ecuación de Einstein, que permite determinar la energía contenida en un objeto, multiplicando su masa por la velocidad de la luz al cuadrado.

No menos importantes serían los problemas éticos o filosóficos que plantearía el uso del teletransporte. ¿Qué es lo que se obtiene del otro lado al llevar a cabo el proceso de teletransporte? ¿Es la misma persona, o solamente una réplica cuántica perfecta? ¿Se está desarmando a la persona y armándola en otro lado; o acaso se la está desarmando, almacenando la información y luego creándola de cero nuevamente usando dicha información? ¿El teletransporte estaría matando al individuo y luego creando una copia exacta del mismo; o de alguna forma lo preserva y luego lo transporta a otro lado? Mientras se mantengan sin contestar, todas estas preguntas plantearían profundas cuestiones éticas y filosóficas.

Algunas de estas cuestiones éticas se exploran en la novela “Pensar como un dinosaurio” de Patrick Kelly. En esta historia una mujer es teletransportada a otro planeta, pero se produce un problema con la transmisión. En lugar de ser destruido el cuerpo original, éste permanece inmutable, con todas sus emociones intactas. De repente, hay dos copias de la misma mujer. Por supuesto, cuando se le dice a la copia que entre en la máquina de teletransporte para ser desintegrada, ella se niega. Esto crea una crisis, porque los fríos alienígenas, que proporcionaron inicialmente la tecnología, ven esto como una cuestión puramente práctica para “equilibrar la ecuación”, mientras que los humanos emotivos son más afines a la causa de la mujer.

Hasta ahora hemos analizado el modo de funcionamiento y algunas limitaciones prácticas del teletransporte, pero siempre especulando y recurriendo más a la ficción que a la realidad. Tratemos entonces de dar un salto, dejando la mera especulación y la ciencia ficción a un lado, y pasemos a hablar de ciencia real, llevando el teletransporte a la realidad. Analizaremos a continuación algunas cuestiones sumamente extrañas de la física, tanto que incluso llegaron a sorprender al propio Einstein, y veremos que nos dice cada una de ellas acerca del teletransporte.

En la película “El Gran Truco” (The Prestige) el protagonista consigue teletransportarse utilizando corrientes electromagnéticas. Pero lo que sucede en realidad es que la máquina crea un duplicado de sí mismo, por lo que debe suicidarse cada vez que efectúa el procedimiento.

La mecánica cuántica a favor del teletransporte

Seguramente han oído hablar o han leído acerca de la (tan malinterpretada) mecánica cuántica. Esta rama de la física, que representa un gigantesco avance con respecto a la física clásica newtoniana, plantea muchas situaciones sumamente exóticas, algunas de las cuales incluso se contradicen radicalmente con nuestro sentido común.

Uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica es lo que se conoce como la dualidad onda-partícula, la cual desbarató completamente nuestra forma previa de observar el mundo atómico. Previo al desarrollo de la mecánica cuántica, los físicos (y químicos) solían considerar al átomo como una unidad compuesta por un núcleo (formado por protones y neutrones) y una serie de electrones girando en torno a dicho núcleo en órbitas establecidas. Con el desarrollo de la mecánica cuántica, los físicos descubrieron que dichas “órbitas establecidas” no existían; en cambio, los electrones actuaban como ondas y hacían saltos cuánticos en sus movimientos aparentemente caóticos dentro de los átomos.

Otra de las exóticas propiedades de la mecánica cuántica es lo que se ha dado en conocer como el principio de incertidumbre de Heisenberg. Según este principio, no se puede conocer a la vez la velocidad y la posición exacta de un electrón, ni se puede conocer su energía exacta medida en un intervalo de tiempo dado. Sumado a la dualidad onda-partícula, este nos impide conocer la posición exacta de los electrones que orbitan al núcleo; solo podemos encontrar diferentes intensidades de onda y hablar de la probabilidad de encontrar un electrón concreto en cualquier lugar y cualquier instante de la misma.

De acuerdo a la mecánica cuántica, los electrones no se mueven en orbitas fijas, sino que existen zonas donde hay mayor o menor probabilidad de encontrarlos.

Si tomamos en consideración la dualidad onda-partícula y el principio de incertidumbre, la mecánica cuántica nos dice entonces que en el nivel cuántico se violan todas las leyes básicas de sentido común: los electrones pueden desaparecer y reaparecer en otro lugar diferente, y también pueden estar en muchos lugares al mismo tiempo. De esta forma, los electrones podrían experimentar a nivel cuántico algo muy similar al proceso de teletransporte.

Mientras que para los electrones resulta sumamente sencillo, incluso natural, desaparecer en un lado y reaparecer en otro, trasladado a escalas macroscópicas la posibilidad de que esto mismo suceda es increíblemente remota. Aunque dicha posibilidad existe y está permitida por las leyes físicas, habría que esperar un tiempo muchísimo mayor que la edad del Universo para que ocurriera. Además, en un cuerpo humano formado por billones y billones de átomos, incluso si los electrones están danzando y saltando en su viaje alrededor del núcleo, hay tantos de ellos que sus movimientos se promedian. De hecho, a grandes rasgos, esta es la razón por la cual en nuestro nivel las sustancias parecen sólidas y permanentes.

Si bien todos estos fenómenos son sumamente interesantes y nos permiten pensar que las leyes naturales del Universo no prohíben el teletransporte, lejos se encuentran de las formas de teletransporte que nos serían útiles. Veamos entonces que otras alternativas tenemos.

A niveles cuánticos, el teletransporte no viola ninguna de las leyes fundamentales de la física conocida. ¿Podrá aplicarse de la misma manera a otros niveles superiores?

La "fantasmal" acción a distancia

Traten de imaginarse un fenómeno tan exótico y bizarro, que el propio Einstein tuvo que recurrir a la palabra “fantasmal” para describir a grandes rasgos su funcionamiento. El fenómeno al que me refiero se conoce como entrelazamiento cuántico, y es una de las propiedades más extrañas de la mecánica cuántica. Tan extraña es que solamente algunos pocos “elegidos” consiguen comprender realmente las complejísimas matemáticas detrás de dicha propiedad.

Explicado de forma sencilla, el entrelazamiento cuántico funciona de la siguiente manera. En primer lugar se deben tomar dos electrones (o partículas subatómicas) en estado de coherencia, es decir, que cuenten con las mismas propiedades y vibren al unísono. Luego, aunque dichos electrones sean separados por inmensas distancias, incluso distancias tan grandes que la luz no consiga viajar de un electrón al otro, estos permanecerán en sincronización ondulatoria, y cualquier modificación que se realice sobre las propiedades de uno de los electrones, se reflejará instantáneamente en el otro electrón remoto.

Incluso si las partículas se encuentran separadas por años luz de distancia, seguirá existiendo una onda invisible que las conecta, como si hubiese algún tipo de conexión profunda que las vincula. El mismo Einstein solía denominar a este fenómeno, de forma burlona, como una "fantasmal acción a distancia”.

A través del fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico, dos partículas separadas por increíbles distancias pueden mantenerse coherentes entre sí.

En la década de 1980, un equipo científico de Francia probó experimentalmente este fenómeno utilizando dos detectores separados por 13 metros de distancia y midiendo los espines de fotones emitidos por átomos de calcio. Increíblemente, los resultados concordaron por completo con la teoría cuántica: aún estando separados, cuando se modificaban las propiedades de uno de los fotones, dicha modificación se reflejaba instantáneamente en el otro fotón, como si algo desconocido los mantuviese unidos y comunicase esa información entre ellos.

En el año 1993, científicos de IBM demostraron que era físicamente posible teletransportar objetos, al menos a nivel atómico, usando el entrelazamiento cuántico. En realidad lo que se transporta no es el objeto en sí, sino toda la información contenida dentro del mismo. Desde entonces los físicos han conseguido teletransportar fotones e incluso átomos enteros utilizando las propiedades del entrelazamiento cuántico, en lo que se ha dado a conocer como “teletransporte cuántico”.

Básicamente, el método del teletransporte cuántico funciona de la siguiente manera. Se empieza teniendo dos átomos, A y C. Supongamos que queremos teletransportar la información del átomo A al átomo C. Entonces introducimos un tercer átomo B que inicialmente se entrelaza con C, de modo que B y C son coherentes. Entonces ponemos en contacto al átomo A con el átomo B. A explora B, de modo que la información de A pasa a B y se entrelazan en el proceso. Pero puesto que B y C estaban originalmente entrelazados, la información de A ha sido transferida a C. En conclusión, el átomo A ha sido ahora teletransportado al átomo C, es decir, su información es exactamente la misma.

Con la utilización de este método se han logrado increíbles avances recientes en relación con el teletransporte. En el año 2004 físicos de la Universidad de Viena teletransportaron partículas de luz a una distancia de 600 metros. En el mismo año, se consiguió el teletransporte cuántico no de fotones de luz, sino de átomos reales (puntualmente tres átomos de berilio), lo cual nos acerca a un dispositivo de teletransporte más realista y útil. En el año 2006 se logró otro avance espectacular: el primer teletransporte de un objeto macroscópico. Un equipo de físicos consiguió entrelazar un haz luminoso con un gas de átomos de cesio, el cual involucraba billones y billones de átomos. Luego codificaron la información contenida dentro de pulsos de laser y fueron capaces de teletransportar esa información a los átomos de cesio a una distancia de casi medio metro.

Experimento desarrollado para comprobar el funcionamiento y las particularidades del entrelazamiento cuántico.

Teletransporte sin entrelazamiento cuántico

Debido a que lograr un estado de entrelazamiento cuántico entre objetos plantea inmensas dificultades, los físicos comenzaron a explorar otras posibilidades para el teletransporte de objetos sin la necesidad de recurrir al entrelazamiento. En el año 2007, finalmente se consiguió desarrollar un nuevo esquema de teletransporte, basado en un nuevo estado de la materia denominado “condensado de Bose-Einstein” (o BEC).

En la naturaleza se puede encontrar la temperatura más fría en el espacio exterior, la cual corresponde a 3°K por encima del cero absoluto (esto se debe al calor residual del Big Bang que aún llena el Universo). En cambio, un BEC se encuentra a una millonésima de milmillonésima de grado sobre el cero absoluto, lo más que podemos acercarnos a este último. Cuando un objeto se enfría hasta alcanzar casi el cero absoluto, todos sus átomos se ponen en el estado de energía más baja, de modo que comienzan a vibrar al unísono y se hacen coherentes entre sí.

Representación grafica de las transiciones que ocurren hasta alcanzar el nuevo estado de la materia denominado “condensado de Bose-Einstein” (o BEC).

El nuevo dispositivo de teletransporte funcionaría entonces de la siguiente manera. Se toma un conjunto de átomos de rubidio superfríos en un estado BEC. Entonces se aplica al BEC un haz de materia, también compuesto por átomos de rubidio. Estos últimos átomos también “quieren ponerse” en el estado de energía más baja, así que ceden su exceso de energía en forma de un pulso de luz. Este haz de luz, que contiene toda la información cuántica de la materia original, se envía a través de un cable de fibra óptica. Por último, el haz de luz incide sobre otro BEC, que transforma el haz de luz en el haz de materia original.

Este nuevo método de teletransporte es sumamente prometedor, puesto que se evita el complicadísimo entrelazamiento de átomos. De cualquier modo, las cosas no son tan sencillas como parecerían: este método también tiene sus problemáticas, principalmente por depender de las propiedades de los BEC, que son muy difíciles de recrear en el laboratorio.

¿Lograremos algún día el teletransporte instantáneo de objetos y seres humanos? Aunque la respuesta pueda ser positiva, muchos siglos nos separan de ese momento.

Y finalmente… la conclusión

Hemos analizado tanto ficciones como realidades concernientes al teletransporte. Sabemos que actualmente se requieren los laboratorios y el instrumental más avanzado del mundo para teletransportar tan solo algunos átomos. Los físicos confían que en las próximas décadas se pueda realizar el teletransporte de objetos más complejos, como moléculas o incluso algún virus.

Como hemos visto, no existe ninguna limitación física natural que impida teletransportar a una persona real, como se muestra en la ciencia ficción, aunque los problemas técnicos que debemos superar para ello son realmente gigantescos. Es por esto que probablemente pasen muchos siglos, o incluso un tiempo mayor, antes de que puedan desarrollarse las tecnologías necesarias para teletransportar objetos cotidianos. Aún así, cuando ese momento llegue, sin lugar a duda representará una de las revoluciones más asombrosas experimentadas por toda la humanidad.


Fuentes:

• Física de lo Imposible. Michio Kaku. 2009.
• The Universe (TV series): Science Fiction, Science Fact. The History Channel. 2010.