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Ignacio Cirac

PREMIO FRONTERAS DEL CONOCIMIENTO

Ciencias Básicas

I edición

El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas se concede ex aequo a los físicos Ignacio Cirac y Peter Zoller por su trabajo fundamental en la ciencia de la información cuántica”. La investigación de Cirac y Zoller está abriendo vías esenciales para el desarrollo de ordenadores cuánticos, mucho más potentes que los actuales.

MENCIÓN DEL ACTA

Por su trabajo fundamental en la ciencia de la información cuántica. Han formulado nuevas perspectivas teóricas y han inspirado experimentos en simulación cuántica y en ingeniería de sistemas, en un rango que comprende desde átomos e iones hasta la materia condensada.

BIOGRAFÍA

Ignacio Cirac (Manresa, España; 1965) obtuvo su doctorado en Física por la Universidad Complutense de Madrid en 1991. A continuación, y hasta 1996, ejerce como profesor titular en el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Castilla-La Mancha. Tras una estancia postdoctoral (1993-94) con Peter Zoller en el Joint Institute for Laboratory Astrophysics, JILA, de la Universidad de Colorado (Estados Unidos), se trasladó a la Universidad de Innsbruck (Austria), donde ocupó una cátedra en el Instituto de Física Teórica (1996-2001).

Desde 2001, dirige la División Teórica del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania. Es profesor honorífico de la Universidad Técnica de Munich, profesor invitado y asesor de investigación del Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO (España). Ha formado parte de equipos de investigación en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y las universidades de Harvard, Hamburgo, Hannover, Bristol o París, entre otras.

Con posterioridad a haber recibido el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento junto a Peter Zoller, ambos han recibido también el Premio Wolf de Física (2013), considerado el segundo en importancia tras el premio Nobel, y la Medalla Benjamin Franklin del Instituto Franklin (2010, junto a David Wineland). Es Premio de electrónica Cuántica de la Fundación Europea de la Ciencia (2005), Medalla de Honor del Instituto Niels Bohr (2013), y miembro de la Sociedad Americana de Física y las Academias Española y Austriaca de las Ciencias. En España, también se le ha concedido la Medalla de la Real Sociedad Española de Física (2002), el Premio Nacional de Investigación Blas Cabrera (2007) y la Gran Cruz de la Orden del Dos de Mayo (2011).

CONTRIBUCIÓN

Discurso

Ciencias Básicas, I edición

“Estamos entrando en un mundo nuevo, en un mundo microscópico que aprendemos a manipular y controlar y en el que aparecen nuevas leyes de la Naturaleza”. Podría ser el comienzo de una película de ciencia ficción, pero no lo es. La frase es del físico Ignacio Cirac y se refiere a la investigación de lo que ocurre en el mundo de lo muy pequeño, a escala de átomos y moléculas. En el reino de la mecánica cuántica.

La última gran revolución de la Física empezó hace más o menos un siglo, y supuso un desafío para la intuición y la creatividad humanas. ¿Alguien habría predicho que una misma cosa puede estar en dos sitios a la vez, o que dos objetos separados por grandes distancias, y físicamente desconectados, podrían influirse mutuamente hasta el punto de que, si se produce un cambio en uno, también se producirá en el otro? No. Porque, ¿cómo predecir un fenómeno tan contrario a la información del mundo que nos envían cotidianamente nuestros sentidos? Y, sin embargo, es así. En el universo cuántico rigen leyes a menudo opuestas a la percepción humana de la realidad, aunque se cumplan a rajatabla. Los físicos actuales han acumulado ya pruebas de sobra como para estar seguros de que, por extraña que sea, la mecánica cuántica es absolutamente real. Y ahora están aprendiendo a sacar partido de ella.

Peter Zoller (Austria, 1952) y Cirac han demostrado ser maestros en esa empresa. Su trabajo conjunto podría acabar dando lugar a un ansiado nuevo tipo de ordenador capaz de realizar cálculos que quedan del todo fuera del alcance de los actuales, y que supondría una potente revolución tecnológica: el ordenador cuántico. Una computadora que funcione según las normas de la mecánica cuántica podría, para empezar, romper todos los códigos criptográficos que preservan hoy información secreta; mejorar enormemente la precisión de las simulaciones matemáticas –imprescindibles desde para predecir los cambios en el clima hasta para diseñar nuevos materiales–; y, muy posiblemente, resolver problemas para los que los científicos no encuentran hoy salida, como la predicción de la estructura tridimensional de una proteína a partir del conocimiento de la secuencia de aminoácidos que la integran.

Se especulaba con la idea de construir un ordenador cuántico

TUITEAR

La colaboración entre Zoller y Cirac comenzó a principios de los años noventa. Se especulaba entonces con la idea de construir un ordenador cuántico, pero solo con eso, con la idea. Nadie sabía si sería posible hacerlo. Cirac investigaba las propiedades físicas de los iones –átomos cargados eléctricamente, y advirtió que algunas de esas propiedades podían conducir hasta ese ansiado ordenador. Efectivamente, lo que descubrió junto con Peter Zoller suponía dar dos pasos de gigante: no solo el ordenador cuántico era una posibilidad real –ninguna ley física fundamental lo prohibía–, sino que, además, había una forma de construirlo. Los investigadores sugerían emplear las llamadas “trampas de iones”, en las que átomos cargados eléctricamente y enfriados son confinados por un campo eléctrico y manipulados con láseres. Estos iones atrapados actuarían como qubits, las unidades básicas de información en un ordenador cuántico. Esa investigación tomó la forma de una publicación conjunta en 1995 en la prestigiosa revista Physical Review Letters: Quantum Computation with Cold Trapped Ions, y se ha convertido en uno de los artículos más citados en física atómica y óptica cuántica. Poco después de la aparición de ese trabajo varios laboratorios en todo el mundo empezaron a traducir a experimentos con éxito las ideas de Zoller y Cirac. Desde entonces se ha logrado desarrollar varios prototipos pequeños de ordenador cuántico basados en trampas de iones, y esta tecnología sigue siendo considerada la más prometedora en computación cuántica.

Pero la colaboración de Zoller y Cirac no se detuvo ahí. Ambos se han internado también en el estudio de un nuevo estado de la materia llamado “condensado de Bose-Einstein”, en el que átomos enfriados a las temperaturas más bajas jamás alcanzadas –milmillonésimas de grado por encima del cero absoluto, –273 grados centígrados– oscilan de forma coordinada formando una única onda. El trabajo de Zoller y Cirac en esta área también ha resultado clarividente y pionero; ha servido para trazar puentes entre la óptica cuántica y la física del estado sólido, y sobre todo ha sido fundamental para posteriores hallazgos.

Pero la sociedad que en última instancia se beneficia de la investigación científica no puede evitar ser impaciente. Una de las preguntas a la que más habitualmente se enfrentan tanto Zoller como Cirac es: ¿cuándo se podrá ver a un ordenador cuántico desplegar todo su potencial? La respuesta corta de Peter Zoller es: “ese es sin duda el objetivo último, pero aún falta mucho”. Pero hay otra versión más larga, que sirve para reorientar al que pregunta hacia el propio camino, más que hacia la meta. “A medida que avanzamos hacia el ordenador cuántico hay fenómenos muy interesantes que podemos investigar”, señala Cirac, “y que estoy seguro de que darán lugar a resultados incluso más sorprendentes. Es lo que pasa siempre que se hace investigación básica, es imposible predecir lo que se descubrirá. Pero estamos entrando en un mundo nuevo, y lo que se va a descubrir será sin duda importante”.

Peter Zoller es catedrático de la Universidad de Innsbruck y, desde 2003, director científico del Instituto para Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias. Ignacio Cirac es, desde 2001, director de la División Teórica del Instituto Max-Planck para Óptica Cuántica, en Garching, Alemania. Durante la última década su investigación se ha desarrollado de forma independiente, aunque han mantenido colaboraciones esporádicas. Ambos cuentan con más de dos centenares de artículos en revistas científicas de alto impacto, pero sus colegas, al referirse a ellos, suelen alabar antes un dato que no figura en su currículum: su inmensa creatividad.