Un Experimento Muestra la Posibilidad de Utilizar el Organismo Multicelular Tardígrado para Sondear Estados Cuánticos Macroscópicos

El Tardígrado revivió tras las condiciones más inhóspitas documentadas hasta ahora para el organismo de la meiofauna, estableciendo un récord de las condiciones en las que puede sobrevivir una forma de vida compleja.

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

Un nuevo estudio afirma haber tomado un tardígrado -un organismo multicelular microscópico conocido por tolerar condiciones fisioquímicas extremas a través de un estado de vida latente conocido como criptobiosis- y lo ha preparado en un tipo de unión Josephson superconductora conocida como qubit de oscilación de plasma desviado de la línea de transmisión, o transmón para abreviar, haciendo que el tardígrado (en estado de criptobiosis suspendida) supuestamente se entrelace en el sistema de qubits.

_{Figura de: K. S. Lee et al., "Entrelazamiento entre qubits superconductores y un tardígrado".,” arXiv:2112.07978 [physics, physics:quant-ph], Dec. 2021, Accessed: Jan. 03, 2022. [Online]. Disponible: http://arxiv.org/abs/2112.07978}

Cuando el tardígrado suspendido se colocó en el sistema de qubits, los investigadores documentaron un desplazamiento a la baja de la frecuencia máxima del qubit más cercano, lo que interpretan como una indicación de que el organismo multicelular se ha correlacionado cuánticamente con el estado de ese qubit y de un segundo qubit libre de tardígrados. Otros físicos cuánticos, sin embargo, no encuentran los resultados tan convincentes. Ben Brubaker -un escritor científico y físico de Yale- resumió los deslucidos hallazgos como que "el qubit es un circuito eléctrico y poner al tardígrado junto a él lo afecta a través de las leyes del electromagnetismo que conocemos desde hace más de 150 años... poner una mota de polvo junto al qubit tendría un efecto similar".

Así que, aunque el grado de entrelazamiento y su utilidad real -por ejemplo, para realizar cualquier tipo de operación con el estado cuántico del sistema de tardígrados-qubit- sigue siendo objeto de debate, al menos hasta que el trabajo haya sido sometido a una revisión por pares, el hecho de que los investigadores hayan sido capaces de revivir a un tardígrado tras someterlo a las condiciones más inhóspitas documentadas hasta ahora para un organismo multicelular es un hallazgo extremadamente interesante y tiene implicaciones para el uso de estos organismos de la meiofauna en experimentos cuánticos, tal vez en el futuro mostrando de forma inequívoca que sistemas multiatómicos tan grandes como los organismos multicelulares pueden entrar en los estados de onda-materia altamente correlacionados y coherentes que normalmente sólo se observan en las partículas individuales.

Además, los resultados tienen interesantes implicaciones para la capacidad de la vida, y en concreto de los organismos complejos de sobrevivir a entornos difíciles, por ejemplo en planetas generalmente inhóspitos o en tránsitos interestelares (como en la panspermia).

Dado que el tardígrado se encuentra en un estado de animación suspendida -donde no hay reacciones químicas y, por tanto, no se produce metabolismo-, estos experimentos cuánticos no arrojan mucha luz sobre el papel y el alcance de los estados cuánticos fenoménicos no triviales en el sistema biológico, como se observó en el experimento en el que se entrelazaron bacterias fotosintéticas vivas en funcionamiento, en una estructura nanofotónica. Los experimentos del primer tipo son más pertinentes para sondear el alcance y la naturaleza de los estados cuánticos en sistemas grandes, incluso macroscópicos, como en el informe de la revista Science sobre la: Observación directa del entrelazamiento macroscópico determinista: Direct observation of deterministic macroscopic entanglement, en el que se logró el entrelazamiento de parches de tambor mecánicos de 70 picogramos cada uno (el equivalente en masa a unos 41 billones de nucleones).

Esta clase de experimentos podría empezar a responder a la pregunta sobre la posibilidad de que las biomoléculas entren en estados cuánticos y no se limitarán a demostrar lo grandes que pueden ser las interferencias entre materia y ondas y los sistemas cuánticos entrelazados. Por ejemplo, el físico cuántico Markus Arndt y su equipo, crearon patrones de interferencia (indicativos de superposición o comportamiento onda-materia) con una biomolécula funcional -en concreto, un péptido natural llamado gramicidina A1-, a pesar de que se trata de moléculas frágiles para someterlas a las arduas condiciones de los experimentos de interferencia con haces moleculares. El experimento se informó en el artículo de Nature: Interferencia de ondas de materia de un polipéptido nativo: Matter-wave interference of a native polypeptide. Arndt afirma que su objetivo es aumentar la masa de las partículas en un factor de 10 cada uno o dos años. Esto los llevaría pronto al rango de tamaño y masa de los objetos biológicos, como los virus.

RSF en Perspectiva

Es importante recordar que todo está siempre entrelazado -algo a lo que me refiero como el nexo de entrelazamiento (y discuto las implicaciones en los procesos de información del universo: the implications in information processes of the universe)-, sin embargo, cuando se habla de entrelazamiento cuántico lo que se suele describir es el entrelazamiento máximo, por el que el grado de correlación de dos subsistemas cualquiera con la red masiva de entrelazamiento del conjunto se minimiza hasta tal punto que parecen actuar independientemente del sistema mayor (el entorno, o si se toma en toda su extensión, el propio universo). Es decir, dos subsistemas se aíslan de las interacciones del entorno -por ejemplo, mediante el enfriamiento a temperaturas cercanas al cero absoluto, la colocación en el vacío o el atrapamiento en un láser- de manera que el entrelazamiento se maximiza entre los subsistemas y se minimiza con el sistema mayor del entorno.

Son el entrelazamiento máximo y otros estados altamente coherentes los que tienen una importante utilidad en el teletransporte cuántico, la computación cuántica, los circuitos superconductores, la levitación magnética y otros comportamientos cuánticos fenomenales. Sin embargo, a medida que avanzan los experimentos con el entrelazamiento cuántico macroscópico y la biología cuántica, pueden hacerse evidentes las capacidades de la coherencia cuántica a gran escala y quizás incluso la importancia de maximizar nuestro propio "estado coherente", en el que ciertas propiedades fenoménicas del nexo de entrelazamiento serán accesibles.  

Para saber más sobre lo que significa que un objeto macroscópico esté entrelazado cuánticamente, véase el análisis del profesor de física Douglas Natelson sobre el último experimento tardígrado-qubit:

No, a tardigrade was not meaningfully entangled with a qubit