El invento del año es un trampolín cuántico

El estudio más relevante de 2010 no es la secuenciación del genoma del neandertal ni la supuesta célula sintética de Craig Venter. Según la revista Science, editada por la mayor sociedad científica del mundo, el puesto de honor es para la primera máquina cuántica, cuyo corazón es una pequeña tira de aluminio visible a simple vista y que tiene de largo lo que un pelo tiene de ancho.

El ingenio, presentado en marzo de este año en Nature, es como un trampolín para lanzarse a otro mundo. Es el reino de la física cuántica, que gobierna el movimiento de los átomos, los electrones y las moléculas y donde las unidades de medida son la micra y el nanómetro (una milésisma y una millonésima de milímetro, respectivamente). A esta escala sólo existen probabilidades de que algo suceda, así que, hasta que un hombre lo observa, un gato en peligro de muerte puede estar vivo y muerto al mismo tiempo, como propuso en 1935 Erwin Schrödinger, uno de los ases de la mecánica cuántica.

El invento podría ser la base de los ordenadores cuánticos

Extender estas reglas al mundo visible haría realidad fantasías de la ciencia ficción como las capas de invisibilidad o la teletransportación, aunque nadie sabe aún si es posible.

El invento destacado este año por Science y sus editores, la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS), demuestra un primer paso, el primer objeto visible y fabricado por el ser humano que se comporta según las leyes de la física cuántica. "Hemos construido algo que puede estar en dos sitios a la vez y en dos estados al mismo tiempo", explica a Público Andrew Cleland, investigador de la Universidad de California en Santa Bárbara (EEUU) y uno de los creadores del ingenio.

De alguna forma, el trabajo pulveriza un gran muro. "Hemos mostrado que la mecánica cuántica es la descripción correcta de cómo funciona la materia a todas las escalas, aunque las predicciones de la teoría cuántica sean tan opuestas a nuestra experiencia del mundo real", aventura Cleland.

El genoma neandertal y las células sintéticas quedan finalistas

Science ha premiado al equipo por "la ruptura conceptual que presenta este experimento" y "sus muchas aplicaciones".

Entre ellas está una nueva generación de computadores millones de veces más potentes que los actuales y que funcionarían con qubits, bits del mundo cuántico que pueden reproducir un 0, un 1 o ambos a la vez.

La laminilla de aluminio de Cleland hace las veces de qubit. Una vez enfriada a casi el cero absoluto (-273ºC) para evitar que el calor cause en ella vibraciones, logra reproducir el estado fundamental de menor energía en el mundo cuántico, es decir, lo más parecido que hay a estar quieto para un átomo o una molécula. Desde este punto, los posibles estados "son casi infinitos", como explica Emilio Elizalde, físico del Instituto de Ciencias del Espacio (CSIC), pero la energía se gana o se pierde siempre en paquetes de magnitud determinada llamados "cuantos". Cleland inyectó y luego extrajo un cuanto a su trampolín y demostró que este podía estar quieto y en movimiento a la vez. Para ello tuvo que hacer millones de mediciones y extraer probabilidades de que estuviese en uno u otro estado o en ambos para así conjurar el efecto anunciado por Schrödinger y su gato.

"El experimento tiene una dificultad técnica muy grande, pero no es tan rompedor", opina Elizalde. "Abre la puerta hacia el ordenador cuántico pero no ha roto ninguna barrera ya que el láser [descubierto en 1953] ya era una consecuencia macroscópica de la física cuántica", señala.

Science también cita otros nueve estudios de 2010 que han quedado como finalistas para el primer premio. Los dos primeros son las células sintéticas de Craig Venter, cuyo genoma, ensamblado en un laboratorio, contenía citas de James Joyce, y la secuenciación del genoma del neandertal, que demuestra que el Homo sapiens se cruzó varias veces con esta especie y que aún conserva restos de ADN neandertal.

Otros trabajos destacados son los recientes éxitos de dos terapias experimentales para prevenir el sida y los estudios genéticos a gran escala como el proyecto de los 1.000 Genomas, que son ahora posibles gracias al imparable avance de la tecnología para secuenciar ADN. "Es una selección basada en futuras aplicaciones", comenta Carles Lalueza-Fox, coautor del estudio sobre el genoma neandertal. "Es imposible determinar hoy su impacto. En 1890 nunca hubieran elegido a Vincent Van Gogh como pintor del año", opina.

El lado oscuro del genoma
Hasta que se publicó por primera vez el genoma humano, las cosas parecían claras: el ADN era el encargado de indicar al cuerpo cómo construir las proteínas y las instrucciones estaban escritas en los genes. Entre estos, había secuencias del genoma que no codificaban nada, a las que se bautizó como "ADN basura". La ciencia se encargó en esta década de dar la vuelta a este concepto y el ADN basura resultó no serlo y tener, sin embargo, un papel destacado en muchos procesos biológicos, incluyendo enfermedades como el cáncer. Al final, lo cierto es que parte de este tipo de ADN sí codifica proteínas y se puede utilizar, de hecho, para cerrar genes defectuosos.

La receta del universo
Los científicos ya tienen en su recetario los ingredientes para cocinar un universo. Según los últimos cálculos, hace falta una pizca de materia, como estrellas y planetas, que supone el 4,5% del universo; una buena cantidad de la misteriosa materia oscura, cuya gravedad sostiene las galaxias, y que suma el 22,7%; y grandes cantidades de energía oscura, hasta el 72,8%, y que sirve para acelerar la expansión del universo. Estos ingredientes se conocían en el siglo XX, y las pruebas de la existencia de la energía oscura datan de 1998, pero en los últimos años se ha podido concretar una teoría rigurosa de la formación del universo y un relato ajustado de su origen.

El tiempo viaja en ADN
Las herramientas para explorar el genoma humano han permitido que se desarrollara un nuevo campo de investigación de la vida prehistórica, el del ADN fósil. Y todo gracias a estas pequeñas máquinas del tiempo, las biomoléculas que sobrevivieron durante miles de años, que permiten conocer el genoma del neandertal, un trabajo completado este mismo año. Con la paleogenética se ha llegado a saber que buena parte de los neandertales eran pelirrojos de piel clara, pero también importantes detalles sobre relaciones familiares de especies ya extinguidas, como la cercanía de los dinosaurios a los pájaros actuales, mucho mayor que a los reptiles.

Hielo marciano
El 31 de julio de 2008, la NASA confirmaba la existencia de restos de hielo en las muestras del suelo marciano obtenidas por la sonda Phoenix. Se trata de una de las muchas evidencias de agua en el planeta rojo recabadas durante la última década, gracias a las misiones que se han realizado para explorarlo, como la sonda
Pathfinder o la Odyssey. Aunque en mucha menor proporción que en la Tierra, existen grandes cantidades de agua helada en glaciares y casquetes polares, aunque también existe agua en estado gaseoso en la atmósfera en proporciones ínfimas. La capa de hielo perpetuo del norte del planeta comprende unos 1.000 kilómetros de diámetro.

Células que se reescriben
Las células adultas capaces de reprogramarse no sólo es uno de los hallazgos de esta década sino que, seguramente, de este hecho se deriven grandes avances en un futuro cercano. El hito que logró el investigador japonés Shinya Yamanaka en 2006 desafiaba una creencia inamovible de la biología: que en el camino de desarrollo de un embrión, una vez que una célula se diferencia no puede volver atrás para convertirse en otro tipo de célula. Sin embargo, Yamanaka demostró que al añadir copias extra de cuatro genes a células adultas de ratón, estas pasaban a ser pluripotenciales. El hito se ha reproducido varias veces en células humanas.

Los amigos microbios
Esta década se recordará como el momento en que los microbios dejaron de ser enemigos de la humanidad para reconocerse como parte fundamental del organismo. Desde que el Nobel Joshua Lederberg abogó en el año 2000 en Science por el fin de la filosofía "nosotros somos el bien; ellos el mal", ha habido muchos avances en torno al microbioma, la ciencia que estudia cómo conviven en el cuerpo bacterias, virus y microbios. Desde entonces, se ha descubierto que los microbios afectan a la energía que absorbe el cuerpo y que algunas bacterias protegen frente a enfermedades, entre otros hallazgos.

Nuevos mundos
En este momento, se cuenta con un catálogo de 510 exoplanetas confirmados -planetas que orbitan en torno a estrellas distintas al Sol- en 422 sistemas planetarios distintos. Aunque el primer exoplaneta se halló en 1992, ha sido durante esta década cuando su registro se ha disparado, hasta el punto que se han creado aplicaciones de iPhone que informan de nuevos descubrimientos. La gran cantidad de ejemplos permite realizar un retrato más ajustado de las características que definen a estos mundos ajenos al Sistema Solar, en su mayoría gigantes de gas, aunque también abundan pequeñas Tierras.

Inflamación enemiga
Hasta hace relativamente poco tiempo, con la inflamación pasaba como con la fiebre: se pensaba que era una
reacción del organismo para defenderse de agresiones. Algo, por lo tanto, positivo. Pero las cosas empezaron a cambiar cuando, a finales de la década de 1980, investigadores de la Universidad de Washington observaron macrófagos (células del sistema inmune, típicas de la inflamación) en tejido aterosclerótico. Desde entonces, todo fueron descubrimientos negativos, habiéndose demostrado en esta década la relación de la inflamación con el alzhéimer, el cáncer, la diabetes y la obesidad.

Materiales invisibles
La posibilidad de manipular la materia a niveles nanométricos (un millón de veces menor que un milímetro) podría generar lentes mucho más potentes que las que usan los microscopios actuales o generar capas de invisibilidad. Si esto llega a ser posible, será gracias a los metamateriales, hechos de bastones o anillos diminutos cuya disposición puede conducir o reflejar la luz de formas inusitadas. Estos materiales podrían usarse para crear superlentes capaces de concentrar diez veces más luz que una lente convencional o de reflejarla de forma que hagan invisible el objeto que cubren.

Camino del desastre
Durante esta década, la idea del calentamiento del planeta -de carácter antropogénico, por la emisión a la atmósfera de gases de efecto invernadero- se ha consolidado entre la comunidad científica (hasta un 97%, según datos oficiales), un consenso que llegó en 2007, cuando el panel de científicos de la ONU aseguró que era "inequívoco". Pero, resalta Science, a pesar de evidencias como el derretimiento de los glaciares o la acidificación de los mares, es una verdad científica que se ha encontrado de frente con la política, que no está asumiendo su papel para contrarrestarlo.