De los diez avances científicos más importantes de 2010 según la revista estadounidense, el primero es un dispositivo mecánico que funciona en el ámbito cuántico. Le siguen la célula sintética de Venter, la secuenciación del genoma del Neandertal y los nuevos métodos para prevenir el contagio del VIH. Los periodistas de Science también destacan los diez avances de la década que han transformado el panorama de la ciencia en la primera década del siglo XXI.

Hasta 2010 todos los objetos fabricados por el ser humano se han movido de acuerdo a las leyes de la mecánica clásica. El pasado mes de marzo, sin embargo, un grupo de investigadores diseñó un artefacto que se movía de una forma que sólo podía explicar la mecánica cuántica (el conjunto de reglas que rigen el comportamiento de las cosas diminutas, como las moléculas, los átomos y las partículas subatómicas).

En reconocimiento a la innovación que representa este experimento, al ingenio que hay tras él y a sus muchas aplicaciones potenciales, la revista Science ha designado lo ha designado como el avance científico más importante de 2010. En su día el hallazgo pasó desapercibido para la mayoría de los medios de comunicación.

Los físicos Andrew Cleland y John Martinis de la Universidad de California en Santa Bárbara (EE UU) y sus colegas de trabajo diseñaron la máquina -un pequeño objeto de metal semiconductor con forma de pala o remo, visible al ojo humano- y consiguieron que se moviera con un ritmo cuántico.

En primer lugar, enfriaron el remo hasta que alcanzó su "estado base" o el menor estado de energía permitido por las leyes de la mecánica cuántica, un objetivo codiciado desde hace mucho por los físicos. Después, aumentaron la energía del artefacto en un solo quántum para producir un estado de movimiento mecánico-cuántico puro.

Los investigadores incluso consiguieron poner el artilugio en los dos estados a la vez, por lo que literalmente vibraba poco y mucho al mismo tiempo (un curioso y raro fenómeno permitido por las extrañas leyes de la mecánica cuántica).

Demostración cuántica en el movimiento de un objeto humano

La revista Science y su editorial AAAS (American Association for the Advancement of Science), una sociedad científica sin ánimo de lucro, han reconocido esta primera máquina cuántica como el 'gran avance del año 2010'. El hallazgo es un hito científico, ya que es "la primera vez que los científicos han demostrado los efectos cuánticos en el movimiento de un objeto realizado por el ser humano", comenta Adrian Cho, redactor de la revista estadounidense.

El experto añade: "A nivel conceptual es impresionante porque lleva a la mecánica cuántica a otro ámbito completamente nuevo. A nivel práctico, abre un abanico de posibilidades que van desde experimentos que combinen el control cuántico sobre la luz, la corriente eléctrica y el movimiento hasta, quizá algún día, pruebas de los límites de la mecánica cuántica y nuestro sentido de la realidad".

La máquina cuántica demuestra que los principios de este ámbito de la física se pueden aplicar al movimiento de objetos macroscópicos, así como a las partículas atómicas y subatómicas. Proporciona el primer paso clave hacia el control completo de las vibraciones de un objeto a nivel cuántico.

Este control sobre el movimiento de un dispositivo de ingeniería debería permitir a los científicos manipular ese minúsculo movimiento, tal y como controlan ahora las corrientes eléctricas y las partículas de luz.

Abrir la puerta a nuevos dispositivos

Poco a poco, esta capacidad puede llevar a nuevos dispositivos a que controlen los estados cuánticos de la luz, a detectores de fuerza ultrasensibles y, finalmente, a investigaciones sobre los límites de la mecánica cuántica y nuestro sentido de la realidad.

Este último gran objetivo se podría conseguir intentando colocar un objeto macroscópico en un estado en el que se encuentre literalmente en dos lugares ligeramente diferentes en el mismo momento; un experimento que puede revelar precisamente por qué algo tan grande como un ser humano no puede estar en dos sitios a la vez.

"Eso sí, los físicos no han logrado aún conseguir ese estado de hallarse simultáneamente 'en dos lugares a la vez' con un objeto tan pequeño como este", dice Cho. "Pero ahora que han logrado recrear el estado más simple del movimiento cuántico, parece algo mucho más alcanzable (es más un asunto de 'cuándo' que de 'si...')".

Los otros nueve avances de 2010

Los responsables de Science también han recogido otros nueve logros importantes de este año dentro de una lista de diez, que aparece como artículo especial en el número del 17 de diciembre de 2010 de la revista. Estos son los nueve hallazgos:

Biología sintética: En un momento decisivo para la biología y la biotecnología, los investigadores construyeron un genoma sintético y lo utilizaron para transformar la identidad de una bacteria. El genoma reemplazó el ADN de la bacteria para que produjera un nuevo grupo de proteínas (un logro que dio lugar a una sesión en el Congreso de los EE UU sobre biología sintética y numerosas valoraciones). En el futuro, los investigadores prevén genomas sintéticos que se crearán de forma personalizada para generar biocombustibles, fármacos u otros productos químicos.

Genoma del Neandertal: Los investigadores han secuenciado el genoma del Neandertal a partir de los huesos de tres mujeres neandertales que vivieron en Croacia hace entre 38.000 y 44.000 años. Nuevos métodos de secuenciación de fragmentos degradados de ADN permitieron a los científicos realizar las primeras comparaciones directas del genoma humano moderno y del de nuestros antecesores, los neandertales.

Profilaxis del VIH: Dos pruebas de prevención del VIH, con estrategias nuevas y diferentes dieron como resultado un éxito inequívoco: un gel vaginal que contiene el fármaco anti-VIH Tenofovir reduce las infecciones en mujeres en un 39% y una profilaxis de de pre-exposición oral llevó a un 43,8% menos de infecciones de VIH en un grupo de hombres y mujeres transgenéricas que mantienen relaciones sexuales con hombres.

Secuenciación del exoma/Genes de enfermedades raras: Secuenciando únicamente los exones de un genoma o la minúscula parte que codifica las proteínas, los investigadores que estudian enfermedades hereditarias raras provocadas por un gen único y deficiente, lograron identificar mutaciones específicas subyacentes de al menos doce enfermedades.

Simulaciones dinámicas moleculares: Simular las rotaciones que realizan las proteínas cuando se pliegan ha sido una pesadilla combinatoria. Ahora, los investigadores han tomado el control de toda la potencia de cálculo de uno de los ordenadores más avanzados del mundo para registrar los movimientos de los átomos de una pequeña proteína plegada, durante un período 100 veces más prolongado que cualquier esfuerzo anterior.

Simulador cuántico: Para describir lo que se ve en el laboratorio, los físicos elaboran teorías basadas en ecuaciones. Dichas ecuaciones pueden resultar endiabladamente difíciles de resolver. Este año, sin embargo, los investigadores encontraron un atajo, creando simuladores cuánticos (cristales artificiales en los que marcas de láser representan el papel de los iones y los átomos atrapados en la luz actúan como si fuesen electrones). Estos dispositivos proporcionan respuestas rápidas a problemas teóricos de la física de la materia condensada y tal vez finalmente ayuden a resolver misterios como el de la superconductividad.

Genómica de nueva generación: Las tecnologías de secuenciación más rápidas y baratas están permitiendo muchos estudios a gran escala, tanto de ADN modernos como antiguos. El Proyecto de los 1.000 genomas, por ejemplo, ha identificado ya muchas de las variaciones del genoma que nos hace únicos a los humanos (y otros proyectos en curso están dedicados a revelar mucho más acerca de la función del genoma).

Reprogramación del ARN: Reprogramar células (devolverles sus relojes de desarrollo para hacer que se comporten como las "células madre" no especializadas de un embrión) se ha convertido en una técnica de laboratorio estándar para estudiar enfermedades y su desarrollo. Este año, los investigadores encontraron una forma de hacerlo utilizando ARN sintético. Comparado con métodos anteriores, la nueva técnica es dos veces más rápida, 100 veces más eficaz y potencialmente más segura para su uso terapéutico.

El regreso de la rata: Los ratones imperan en el mundo animal de los laboratorios, pero para muchos propósitos los investigadores prefieren a las ratas. Trabajar con ratas es más fácil y son anatómicamente más parecidas el ser humano; su gran inconveniente es que los métodos que se utilizan para obtener "ratones knock-out o KO" (animales adaptados a las investigaciones mediante la inhabilitación determinada de genes específicos) no funcionan con las ratas. Una oleada de investigaciones de este año, sin embargo, prometía dar con un método para lograr "ratas KO" para su uso en los laboratorios.