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Jóvenes, matemáticas y cuánticas

Las matemáticas cuánticas pueden ser cosas de calcetines y tazas de café. Nos lo explican estas jóvenes científicas.

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Jóvenes, matemáticas y cuánticas
Las matemáticas Ángela Capel y Patricia Contreras en el ICMAT

Las matemáticas Ángela Capel y Patricia Contreras en el ICMAT M.V.

Resumen:

Galileo fue la primera persona que pensó que “la naturaleza nos habla con el lenguaje de las matemáticas”, frase que terminó por acuñar el físico Richard Feynman. Pero Patricia Contreras-Tejada le resta poesía a esa afirmación: “para empezar, la naturaleza no habla”. Patricia (Madrid, 1992) disecciona sin poesía la materia desde sus entrañas, donde la mecánica cuántica rige. Ella misma es una singularidad en superposición: física, matemática y filósofa: “La filosofía lo que está es en tratar de poner palabras a las ecuaciones”. Unos puentes que también trata de construir su compañera Ángela Capel (Linares, 1992). En su caso, puentes entre el mundo cuántico y el macroscópico para poder tener hardware destinado a ordenadores ultrarrápidos. “Estudiar matemáticas no es, como muchos pudieran pensar, hacer cuentas a todas horas”. Las matemáticas del mundo cuántico pueden ser cosa de gatos, calcetines y tazas de café. Dentro vídeo:


¿Calcetines entrelazados cuánticamente? ¿Tazas de café hirviendo en la nevera? Son jóvenes, matemáticas y cuánticas. Bucean en el mundo de lo más pequeño con sus particulares propiedades hablando el lenguaje de los números para tratar de traducir y sacar partido el mundo de las partículas. | Vídeo: M.V.

 

Tanto Ángela como Patricia han sido parte de la organización del primer congreso BYMAT, organizado en Madrid por el ICMAT y la Fundación BBVA. Ahí se ha reunido buena parte del talento matemático más joven en un ámbito al alza. Sólo hasta 2025, se estima que la demanda de personal relacionada con matemáticas cree siete millones de puestos de trabajo, de acuerdo con un informe del Europarlamento. El problema es la brecha de género. Aunque la carrera se estudie a partes iguales por chicas y chicos, las mujeres solo representan un 24% de la profesión.

Patricia y Ángela están orientadas hacia el mundo cuántico, el de las partículas subatómicas. A priori, ciencia básica, pero tras los números se asoma una golosa aplicación que se disputan megacomnpañías y estados: conseguir el primer ordenador cuántico. La supremacía cuántica amenaza con hacer saltar por los aires casi todas las reglas criptográficas del presente. Adiós a tu contraseña del banco. Y, aunque suene amenazador, no es para tanto, como contamos aquí.

“La mecánica cuántica se puede escribir en una pizarra muy fácil en cuatro líneas”, apunta Contreras-Tejada. “Tratamos de encontrar patrones que nos dan reglas para explicar lo que vemos y decir lo que podremos ver en el futuro”. Estudió Matemáticas y Física en Bristol. Se sacó el máster en Filosofía de la Física en Oxford. Ahora se doctora en el ICMAT mientras participa en un coro. La música, al cabo, son matemáticas. Una mesa, también, “aunque no podemos esperar que se comporte cuánticamente, podemos decir tranquilamente que una mesa es cuántica”.

La cuestión es que para que podamos sacar partido a los fenómenos físicos de lo más más pequeño, “tendremos que ir viendo comportamientos cuánticos en sistemas más grandes”. Y ahí es donde entra en juego una aplicación como la del ordenador cuántico. “Se trabaja en implementar algoritmos postcuánticos lo más rápido posible –apunta Capel–, para poder introducirlos en nuevas tecnologías que se prevea que puedan durar 20 o 30 años, que es el escenario en que podríamos tener un ordenador cuántico [plenamente funcional]”.

Estamos tardando mucho en hacer un ordenador cuántico porque surgen muchos errores al llevar las leyes de lo pequeño a lo grande

Capel, doctoranda en el ICMAT-UAM, está volcada en describir cómo la temperatura afecta a las memorias de uno de estos posibles aparatos del futuro. “Estamos tardando mucho porque cuando se trabaja con partículas en las que actúa la mecánica cuántica hay muchísimos errores que surgen con los que cuesta lidiar; por ejemplo tiempo de coherencia”. Es decir, el tiempo en que el sistema se comporta verdaderamente como un ordenador cuántico y no como uno convencional. Por ejemplo, con partículas en estado de superposición (pongamos, un electrón que gira simulando un 0 y un 1 a la vez, frente a los computadores clásicos, donde el electrón en sí es un 1 y su ausencia un 0; en el primer caso, que sea un 0 o un 1 o un 0 y 1 a la vez permite multiplicar su capacidad de cálculo). Es justo el problema de la coherencia el que no permite que realidades grandes como un gato puedan estar en dos sitios al mismo tiempo.

Si queremos entender fenómenos como este, necesitamos filosofar y tener algo de imaginación. Porque, por ahora, no vemos gatos vivos y muertos a la vez por la calle. El entrelazamiento cuántico, que es una de esas cualidades que nos podrían ser útiles en computación, tiene mil derivadas filosóficas: la idea es que dos partículas entrelazadas y separadas millones de kilómetros entre sí, se comportan como si se comunicasen o viesen, pese a no haber cables ni ondas. Lo que le pase o haga una, afectará a la otra de forma inmediata, pero sólo cuando miramos. “La intuición se nos va un poquillo al garete porque no somos capaces de visualizar el mundo el mundo de lo pequeño y eso es bueno es parte de la fascinación del proyecto”, sostiene Contreras-Tejada, quien recuerda que aunque nos parezca algo mágico, ya nos comunicamos con naves que están a millones de kilómetros “solo que [en el caso cuántico], no hay ondas ni medio. Podemos aprovecharnos de ello para hacer comunicaciones más eficientes”. Las matemáticas son una herramienta “que va más allá”. Son más manejables y baratas que ir construyendo memorias cuánticas experimentales e inestables, recuerda Capel.

Femilización matemática

Empleadas y desempleadas a la vez. La investigación es a veces tan inestable como un sistema de computación cuántica. Patricia y Ángela, que se sienten afortunadas, destacan el doble reto de ser científicas y mujeres en un entorno como este. Y no dudan de que quizás haya que cambiar elementos de la ecuación, como la estructura de las carreras.

Recuerdan que, aunque no lo hayan vivido en su piel, hay un techo de cristal observado en compañeras y amigas. Hablando de matemáticas, la estadística ha estado peleada con sus méritos. Han sido durante décadas muchas menos que hombres las que estudiaban la carrera. Y eso ha tenido reflejo en que sólo una haya ganado el mayor galardón del sector, la medalla Fields, desde 1936.

Hoy las aulas tienden a tener cifras similares de hombres y mujeres (aquí, un buen recopilatorio de datos). Las leyes estadísticas nos dicen que la presencia de mujeres matemáticas dirigiendo investigaciones y ganando premios será normal. Está por ver si hay, como en el mundo cuántico, alguna microley que impide que lo veamos.