INFORMACIÓN CUÁNTICA PARA LA VIDA

INFORMACIÓN CUÁNTICA, COMPLEJIDAD Y VIDA

Ese es el título final que, en el día del periodista (otro tipo de información que en ocasiones se paga a muy alto costo, la vida misma,)le hemos puesto a la conferencia con la que se inicia el COLOQUIO DE FÍSICA I/2010 - BICENTENARIO
(Jairo Giraldo Gallo, en el Auditorio Virginia Gutiérrez (postgrados Ciencias Humanas, Ciudad Universitaria, Bogotá) el martes 9 a las 5. (Entrada libre.)

RESUMEN

Sin duda alguna el fenómeno de la vida inteligente es el más complejo del universo entero. Hoy se afirma que la información es algo físico. Las partículas elementales, la energía en sus manifestaciones elementales y la información a nivel elemental exigen un tratamiento cuántico. Si los fenómenos cuánticos están en la base de todos los fenómenos a nivel microscópico, cabe preguntarse: ¿tiene la información biológica (y neurológica) un origen cuántico? La respuesta seguramente no se reduce a la que puede dar el código binario: SÍ o NO. Pero no es solo a nivel micro que actúa la fenomenología cuántica; en palabras de Seth Lloyd, “el Universo es el gran computador cuántico que produce todo lo que vemos a nuestro alrededor y a nosotros mismos a medida que corre el programa cósmico”.

La información cuántica es el punto de partida para la segunda revolución cuántica. La primera llegó a su punto culminante en la formulación de una teoría consistente con la nueva fenomenología física, iniciada por Heisenberg, Schrödinger y otros entre 1926 y 1927. La unificación de los campos de fuerza es apenas uno de los retos de la física para el presente siglo. Hay mucho más. Cabe preguntarse: 1) si la información es algo físico, ¿cuáles son las implicaciones a nivel cuántico?; 2) si el paso de uno a otro régimen es lo complejo y se acepta que la complejidad es la ciencia del presente siglo, ¿cómo se entrelaza lo uno con lo otro?, y 3) si la vida y la conciencia emergieron de la complejidad, ¿qué papel juegan la física cuántica y la información cuántica en esos procesos?

A estos y otros temas se referirá el conferencista, en un intento por acercarlos a un público más amplio que el de las ciencias naturales. Uno de los propósitos es desmitificarlos, a la vez que contrarrestar, de paso, las cada vez más abundantes corrientes pseudocientíficas que especulan alrededor de ellos. Se aprovechará la oportunidad para comentar recientes resultados experimentales mencionados a continuación. (Nature, 463, 644-647, publicados el 4 de febrero último.)

"La física cuántica parece la parte de la física más alejada de la biología, ya que la coherencia cuántica parece poco importante en macromoléculas bioquímicas. Sin embargo, el estudio de la fotosíntesis en algas indica que su alta eficiencia es debida al uso de la coherencia cuántica. Por primera vez, dicho fenómeno ha sido observado experimentalmente a temperatura ambiente (antes se había observado por debajo de 77 K). La proteínas fotosintéticas que absorben fotones solares y excitan electrones en moléculas de clorofila actúan como un computador cuántico. Elisabetta Collini et al. han investigado dos tipos de moléculas captadoras de luz solar (antenas) que han excitado usando un par de pulsos láser ultracortos (de 25 fs, femtosegundos) creando una superposición cuántica de sus estados electrónicos excitados, de sus funciones de onda cuánticas. Un tercer pulso láser induce la emisión de un fotón adicional (llamado "eco") que permite la medida precisa de la evolución del sistema (el método experimental se denomina espectroscopía con fotón-eco en 2D). Las oscilaciones de estos estados excitados observadas corresponden a lo esperado según las simulaciones por ordenador de la mecánica cuántica de este proceso. Más aún, se ha observado que los estados cuánticos coherentes tienen una vida mucho más larga de lo esperado (más de 400 fs). Las algas logran evitar la decoherencia del estado cuántico (que daría una vida media menor de 100 fs) gracias a ciertos enlaces covalentes en las moléculas que actúan como antenas. El problema de optimizar la distribución de la energía solar entre un grupo de moléculas de clorofila evitando los posibles mínimos de energía que degradarían su eficiencia es resuelto en las algas fotosintéticas gracias a un proceso cuántico, una optimización cuántica, que actúa como un ordenador cuántico adiabático. En resumen, un gran artículo que nos indica que los estados cuánticos coherentes en las moléculas fotosintéticas son uno de los grandes responsables de la gran eficiencia energética de la fotosíntesis en algas. Nos lo cuentan Rienk van Grondelle, Vladimir I. Novoderezhkin, "Photosynthesis: Quantum design for a light trap,"News and Views, Nature 463: 614-615, 4 February 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Elisabetta Collini et al., "Coherently wired light-harvesting in photosynthetic marine algae at ambient temperature," Nature 463, 644-647, 4 February 2010.