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viernes, 9 de agosto de 2013

ATOMOS Y BITS TELETRANSPORTADOS



Un nuevo análisis dice que el proceso de teletransporte no tomaría unos segundos como puede verse en la serie de ciencia ficción Star Trek. Podría, de hecho, ! tardar más que la historia del universo! 
Los estudiantes de la Universidad de Leicester examinaron el tiempo y la energía necesaria para mover datos de un ser humano a través de un teletransportador. Se supone que los datos serían pares de ADN dentro de cada célula, calculado alrededor de 10 a la 10 bits por célula! Incluyendo el cerebro de la persona, el número de bits es asombroso: 2,6 x 10 a la 42.
El tiempo que se tardaría en enviar a una persona depende del ancho de banda. Suponiendo una tasa de 29,5 a 30 GHz, los estudiantes determinaron que enviar a una persona tardaría 350.000 veces más que la edad del universo que se teoriza que es de 14000 millones de años.
El cuerpo humano promedio contiene aproximadamente 10 a la 28 átomos, o más de un billón de billones. Se necesita un gran esfuerzo para mantener dos partículas entrelazadas. Es extremadamente difícil conseguir más de unos pocos átomos vibrando juntos, perfectamente sincronizados, debido a la interferencia. En el mundo real, los objetos interactúan constantemente con el medio ambiente, y la decoherencia se produce instantáneamente. Si se tratara de teletransportar información sobre cada átomo de un cuerpo a través del entrelazamiento cuántico, habría que codificar las cosas en un instante.

Lo cual lleva al debate de átomos versus bits. La pregunta clave que nos fuerza a plantear el transportador es la siguiente: enfrentados a la tarea de mover desde un lugar a otro alrededor de 10 a la 28 (un 1 seguido de 28 ceros) átomos de materia combinados en un patrón complejo para integrar un ser humano individual, ¿cuál es la forma más rápida y eficiente de hacerlo? Un concepto potencialmente revolucionario, o al menos eso proclaman varios gurúes de los medios digitales, es que los átomos mismos son frecuentemente secundarios. Lo que más importa son los bits.
Así que, ¿qué hay de la gente? Si va a mover a la gente, ¿tiene que mover sus átomos o sólo su información? En principio se podría pensar que mover la información es mucho más fácil; en primer lugar, la información puede viajar a la velocidad de la luz. Sin embargo, en el caso de la gente, hay dos problemas: primero, hay que extraer la información, lo cual no es tan fácil, y luego hay que recombinarla en forma de materia.

Si el transportador acarrea el flujo de materia y la señal de información, este fenómeno de división es imposible. El número de átomos con que terminas tiene que ser el mismo que con el que empiezas. No hay forma posible de replicar gente de este modo. Por otro lado, si sólo fuera enviada la información, uno podría imaginar que se la podría combinar con átomos que podrían estar almacenados para hacer tantas copias como se quisiera de cada individuo.
Quizá la pregunta más fascinante sobre la transportación —una que no es usual preguntarse— sea: ¿en qué consiste un cuerpo humano? ¿Somos meramente la suma de todos nuestros átomos? Más precisamente, si se fuera a recrear cada tomo de un cuerpo, precisamente en el mismo estado de excitación en que está en este momento, ¿produciría una persona funcionalmente idéntica que tendría exactamente todas sus memorias, esperanzas, sueños, su espíritu? Tenemos todos los motivos para pensar que este sería el caso, pero es de notar que rozamos una gran cantidad de creencias espirituales acerca de la existencia de un "alma" que es de alguna forma distinta del cuerpo de uno. Después de todo, ¿qué sucede cuando uno se muere? ¿No hay muchas religiones que sostienen que el "alma" puede existir después de la muerte? ¿Qué pasa entonces con el alma durante el proceso de transportación? En este sentido, el transportador sería un maravilloso experimento en espiritualidad. Si una persona fuera transportada y permaneciera intacta y visiblemente inalterada, proveería dramática evidencia de que un ser humano no es más que la suma de sus partes, y la demostración confrontaría directamente una montaña de creencias espirituales.

Los argumentos precedentes sugieren que en ambos sentidos, el práctico y el ético, debería ser mejor imaginar un transportador que acarree un flujo de materia junto con la señal, justo como se nos dice que hacen los transportadores de Viaje a las Estrellas. El problema entonces se convierte en, ¿cómo mover los átomos? El desafío resulta ser energético, aunque en una forma algo más sutil.
¿Qué se requeriría para "desmaterializar" algo en el transportador? Para responder a esto, tenemos que considerar más cuidadosamente una cuestión más simple: ¿qué es la materia? Toda la materia normal está hecha de átomos, que están a su vez hechos de núcleos rodeados por una nube de electrones.
La región ocupada por los electrones externos es aproximadamente 10.000 veces mayor que la región ocupada por el núcleo. Entonces, si los átomos son mayormente espacio vacío, ¿la materia no pasa a través de otra materia? La respuesta a esto es que lo que hace sólida a una pared no es la existencia de las partículas sino de los campos eléctricos entre las partículas.

Estos campos eléctricos no sólo hacen a la materia tangible, en el sentido de evitar que los objetos se atraviesen unos a otros, sino que también la mantienen unida. Por lo tanto, para alterar esta situación normal uno debe superar las fuerzas eléctricas interatómicas. Superar estas fuerzas requerira trabajo, lo cual requiere energía. De hecho, así es como funcionan todas las reacciones químicas.
La configuración de conjuntos individuales de átomos y sus enlaces recíprocos son alterados a través del intercambio de energía.
La energía de unión entre los átomos es, no obstante, minúscula comparada con la energía de unión de las partículas —protones y neutrones— que comprenden los núcleos increíblemente densos de los átomos. Las fuerzas que mantienen unidas estas partículas en un núcleo resultan en energías de unión que son millones de veces más fuertes que las energías de unión atómica. Por lo tanto, las reacciones nucleares liberan una cantidad de energía significativamente mayor que las reacciones químicas, lo cual explica por qué las armas nucleares son tan poderosas.

Finalmente, la energía de unión que mantiene unidas las partículas elementales, llamadas quarks, que componen los protones y neutrones mismos, es todavía mayor que la que mantiene unidos los protones y neutrones en los núcleos. De hecho, es común creer —basados en todos los cálculos podemos utilizar la teoría que describe las interacciones de los quarks— que se requeriría una cantidad infinita de energía para separar completamente los quarks que componen cada protón o neutrón.
Basado en este argumento, uno podría suponer que romper completamente la materia en quarks, sus componentes fundamentales, sería imposible; y lo es, al menos a temperatura ambiente. Sin embargo, la misma teoría que describe las interacciones de los quarks dentro de los protones y neutrones nos indica que si calentáramos los núcleos a más o menos un billón de grados (como un millón de veces más caliente que la temperatura en el centro del Sol), entonces no sólo los quarks interiores perderían su energía de unión sino que en las proximidades de esta temperatura la materia súbitamente perdería casi toda su masa. La materia se convertiría en radiación, o, en el lenguaje de nuestro transportador, la materia se desmaterializaría.

Ahora bien, a fin de poner en movimiento partículas como los protones y neutrones a una velocidad cercana a la de la luz, uno debe entregarles una energía comparable a su energía en estado de reposo. Esto resulta ser cerca de 10 veces mayor que la cantidad de energía requerida para calentar y "disolver" los protones en quarks. No obstante, aun cuando es necesaria más energía por partícula para acelerar los protones a una velocidad cercana a la de la luz, esto sigue siendo más fácil de hacer que depositar y almacenar suficiente energía dentro de los protones el tiempo suficiente para calentarlos y disolverlos en quarks.
Es por esto que hoy podemos contar con enormes aceleradores de partículas —como el Tevatron del Fermilab, en Batavia, Illinois y el CERN en Europa— que pueden acelerar protones individuales hasta superar un 99,9% de la velocidad de la luz, pero todavía no logramos construir un acelerador que pueda bombardear protones con energía suficiente para "fundirlos" en sus quarks constituyentes. De hecho, una de las metas de los físicos que diseñan la siguiente generación de grandes aceleradores es realmente lograr este "derretimiento" de la materia.

Así, los futuros diseñadores de transportadores tendrán una elección. O deberán encontrar una fuente de energía que produzca temporariamente un poder que excede el total de energía consumida hoy en toda la Tierra por un factor de 10.000 aproximadamente, en cuyo caso podrán crear un "flujo de materia" capaz de moverse junto con la información a una velocidad cercana a la de la luz, o podrían reducir los requerimientos totales de energía en un factor de 10 y descubrir una forma de calentar a un ser humano instantáneamente a una temperatura de más o menos un millón de veces la del centro del Sol. Quizás para el siglo XXIII la ciencia y la tecnología puedan hacer realidad la famosa frase "Transportación, Scotty !!!".

"Probablemente sería más fácil caminar que teletransportarse hoy en día".

Información adicional:  https://physics.le.ac.uk/journals/index.php/pst/article/view/558



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