Pensándolo bien...
Los Premios Nobel de Física 2022 se han otorgado a científicos que han abordado el contraintuitivo tema de las partículas entrelazadas. Alan Aspect, John Clauser y Anton Zeillinger han experimentado y abordado en profundidad la naturaleza íntima de la realidad. Se han enfrentado a la cuestión intrigante de las partículas entrelazadas que supone que dos partículas separadas entre sí, comparten información pese a no haber ninguna comunicación entre ellas.
Dos partículas están entrelazadas cuando forman un sistema, independientemente de la distancia que las separe. Un ejemplo aclarará el controvertido concepto. Los electrones tienen una propiedad cuántica denominada espín. Cuando se mide puede tomar dos valores referidos como arriba y abajo. Medir el espín de un electrón es similar a lanzar una moneda al aire, caerá al azar como cara o como cruz. Imaginemos que dos personas reciben una serie de monedas por correo. Conforme las van recibiendo las lanzan al aire al mismo tiempo. Uno de ellos podría obtener la secuencia cara, cruz, cruz, cara, cruz. El otro podría obtener cara, cara, cruz, cruz, cruz. Las monedas de uno y otro no tienen nada que ver. Pero si las monedas estuvieran entrelazadas, como ocurre con los electrones citados, por cada cara de uno de los electrones (espín arriba), la otra persona encontrará el electrón con espín hacia abajo, lo contrario del otro. Las dos medidas están conectadas, no son independientes, como si el lanzar al aire una moneda, le comunicará a la otra, por distante que estuviera, cuál era la medida suya y le condicionara la medida de la otra. Además, esto supone una transmisión de información de forma instantánea, en el momento de la medida.
La cuestión del entrelazamiento se destapó en la década de los 30 del siglo pasado a raíz del debate suscitado entre Einstein y Bohr y Schrödinger, a cuenta de la interpretación de las leyes que operan en el Universo, contrastando las interpretaciones clásicas (Newton) y versión actualizada (Teoría de la Relatividad de Einstein), por un lado y la Cuántica sostenida por Bohr y Schrödinger, por otro. Por su parte, Einstein pensaba que todos los aspectos de la realidad deberían tener una existencia concreta y totalmente cognoscible. Todos los objetos, desde la Tierra hasta el fotón de luz tenían propiedades muy definidas que podían resultar medidas. Es conocido el trabajo referido como EPR, de Einstein, Rosen y Podolsky, que en 1935 describieron el entrelazamiento cuántico, con lo que se pensaba que la Cuántica tenía declarada su defunción al no poder concebir una transferencia de información a velocidad superior a la de la luz. Einstein sugirió que la explicación radicaba en variables ocultas que justificaran la relación, una especie de conexión ilusoria entre las partículas. Por su parte Bohr, Schródinger y los del grupo de científicos que defendía la descripción cuántica, proponían que la realidad se muestra fundamentalmente incierta, de forma que una partícula no poseía ninguna propiedad hasta que no se efectuaba una medida.
Es el entrelazamiento el que permite distinguir entre estas dos opciones de interpretar la realidad. El físico John Bell propuso un experimento mental para delimitarlo y ha sido ampliamente utilizado por Aspect y Clauser, concluyendo que Schrödinger tenía la razón y que la Mecánica Cuántica es el sistema operativo del Universo. En 1964 John Bell propuso un experimento encaminado a dilucidar el debate. La idea era que la medida de los espines de las partículas entrelazadas, si Einstein estaba en lo cierto y las partículas tienen los espines relacionados, al actuar cambiando sus ejes, la medida no tendría efecto en el resultado. La idea de Bell la extendió al Universo afirmando que. si fuera mecanocuántico, y el entrelazamiento fuera un mecanismo por el que se espían las partículas, el cambio del eje de rotación (del espín) daría medidas más correlacionadas que las que sería posible en las teorías clásicas como la relatividad. En el fondo, trasladaba un debate filosófico al ámbito científico.
Naturalmente, estas opciones de interpretación llevan aparejadas implicaciones filosóficas, además de las puramente tecnológicas, como las desarrolladas por Zeilinger que emplea el entrelazamiento para llevar a cabo tareas de redes, teleportación y criptografía cuánticas. El tratamiento cuántico de la información es un campo en pleno desarrollo con potenciales aplicaciones como la transferencia segura de la información, la computación cuántica y la tecnología de la percepción.
Clauser ha llevado a cabo experimentos en Berkeley, especialmente, con fotones polarizados, ya que la polarización de la luz implica tomar dos valores relativos a la orientación que adquiere al pasar a través de un filtro. Pasó por periodos en que la tendencia a abandonar el experimento era lo que le aconsejaban notables científicos como Feynman. El trabajo de Bell le animó y la sorpresa fue que los resultados no avalaban a Einstein, sino a las predicciones de Bell. Los estados de los fotones están correlacionados, de forma que queda excluida la idea de variables ocultas.
Alan Aspect llevó a cabo el test de Bell, cuando yo cumplía un postdoc en el Laboratorio de Fotofísica Molecular en Orsay y tuve ocasión de conocer de primera mano un experimento particularmente brillante, cuando en 1982 la orientación de las lentes cambiaban al azar en mil millonésimas de segundo, que es el tiempo que los fotones tardan en recorrer el espacio entre el emisor y la lente. Así, la lente inicial no tenía influencia en el proceso. El experimento también apoyó a Bell y a la interpretación de la Mecánica Cuántica.
Todavía cabía la conjetura de que pudiera haber un proceso que determinara cómo las lentes podrían cambar. Desde la Universidad de Viena, Zelinger apuró esta opción y llevó a cabo un experimento en 2017 usando los colores de los fotones emitidos desde estrellas distantes cientos de años luz, para concretar el experimento. Si hubiera alguna conspiración cósmica que creará la ilusión del entrelazamiento, habría comenzado cientos de años antes de realizar los experimentos. Corroboró los resultados obtenidos por los anteriormente citados.
No faltan los científicos que siguen manteniendo la conjetura de Einstein, para los que propiedades como la polarización o el espín, quedaron fijados en el Big Bang, por tanto, mucho antes de cualquier experimento llevado a cabo en tiempo reciente. No obstante, para muchos otros y, en especial, para los brillantemente reconocidos con el Nobel de este año, las dos partículas entrelazadas forman un solo sistema y las propiedades como el espín o la polarización están indefinidas hasta que se efectúa la medida. Esto supone que la realidad no está predeterminada hasta que no se mide. Inquietante resultado, sin duda. Esto empieza ahora. Brillantes premio Nobel.
Dos partículas están entrelazadas cuando forman un sistema, independientemente de la distancia que las separe. Un ejemplo aclarará el controvertido concepto. Los electrones tienen una propiedad cuántica denominada espín. Cuando se mide puede tomar dos valores referidos como arriba y abajo. Medir el espín de un electrón es similar a lanzar una moneda al aire, caerá al azar como cara o como cruz. Imaginemos que dos personas reciben una serie de monedas por correo. Conforme las van recibiendo las lanzan al aire al mismo tiempo. Uno de ellos podría obtener la secuencia cara, cruz, cruz, cara, cruz. El otro podría obtener cara, cara, cruz, cruz, cruz. Las monedas de uno y otro no tienen nada que ver. Pero si las monedas estuvieran entrelazadas, como ocurre con los electrones citados, por cada cara de uno de los electrones (espín arriba), la otra persona encontrará el electrón con espín hacia abajo, lo contrario del otro. Las dos medidas están conectadas, no son independientes, como si el lanzar al aire una moneda, le comunicará a la otra, por distante que estuviera, cuál era la medida suya y le condicionara la medida de la otra. Además, esto supone una transmisión de información de forma instantánea, en el momento de la medida.
La cuestión del entrelazamiento se destapó en la década de los 30 del siglo pasado a raíz del debate suscitado entre Einstein y Bohr y Schrödinger, a cuenta de la interpretación de las leyes que operan en el Universo, contrastando las interpretaciones clásicas (Newton) y versión actualizada (Teoría de la Relatividad de Einstein), por un lado y la Cuántica sostenida por Bohr y Schrödinger, por otro. Por su parte, Einstein pensaba que todos los aspectos de la realidad deberían tener una existencia concreta y totalmente cognoscible. Todos los objetos, desde la Tierra hasta el fotón de luz tenían propiedades muy definidas que podían resultar medidas. Es conocido el trabajo referido como EPR, de Einstein, Rosen y Podolsky, que en 1935 describieron el entrelazamiento cuántico, con lo que se pensaba que la Cuántica tenía declarada su defunción al no poder concebir una transferencia de información a velocidad superior a la de la luz. Einstein sugirió que la explicación radicaba en variables ocultas que justificaran la relación, una especie de conexión ilusoria entre las partículas. Por su parte Bohr, Schródinger y los del grupo de científicos que defendía la descripción cuántica, proponían que la realidad se muestra fundamentalmente incierta, de forma que una partícula no poseía ninguna propiedad hasta que no se efectuaba una medida.
Es el entrelazamiento el que permite distinguir entre estas dos opciones de interpretar la realidad. El físico John Bell propuso un experimento mental para delimitarlo y ha sido ampliamente utilizado por Aspect y Clauser, concluyendo que Schrödinger tenía la razón y que la Mecánica Cuántica es el sistema operativo del Universo. En 1964 John Bell propuso un experimento encaminado a dilucidar el debate. La idea era que la medida de los espines de las partículas entrelazadas, si Einstein estaba en lo cierto y las partículas tienen los espines relacionados, al actuar cambiando sus ejes, la medida no tendría efecto en el resultado. La idea de Bell la extendió al Universo afirmando que. si fuera mecanocuántico, y el entrelazamiento fuera un mecanismo por el que se espían las partículas, el cambio del eje de rotación (del espín) daría medidas más correlacionadas que las que sería posible en las teorías clásicas como la relatividad. En el fondo, trasladaba un debate filosófico al ámbito científico.
Naturalmente, estas opciones de interpretación llevan aparejadas implicaciones filosóficas, además de las puramente tecnológicas, como las desarrolladas por Zeilinger que emplea el entrelazamiento para llevar a cabo tareas de redes, teleportación y criptografía cuánticas. El tratamiento cuántico de la información es un campo en pleno desarrollo con potenciales aplicaciones como la transferencia segura de la información, la computación cuántica y la tecnología de la percepción.
Clauser ha llevado a cabo experimentos en Berkeley, especialmente, con fotones polarizados, ya que la polarización de la luz implica tomar dos valores relativos a la orientación que adquiere al pasar a través de un filtro. Pasó por periodos en que la tendencia a abandonar el experimento era lo que le aconsejaban notables científicos como Feynman. El trabajo de Bell le animó y la sorpresa fue que los resultados no avalaban a Einstein, sino a las predicciones de Bell. Los estados de los fotones están correlacionados, de forma que queda excluida la idea de variables ocultas.
Alan Aspect llevó a cabo el test de Bell, cuando yo cumplía un postdoc en el Laboratorio de Fotofísica Molecular en Orsay y tuve ocasión de conocer de primera mano un experimento particularmente brillante, cuando en 1982 la orientación de las lentes cambiaban al azar en mil millonésimas de segundo, que es el tiempo que los fotones tardan en recorrer el espacio entre el emisor y la lente. Así, la lente inicial no tenía influencia en el proceso. El experimento también apoyó a Bell y a la interpretación de la Mecánica Cuántica.
Todavía cabía la conjetura de que pudiera haber un proceso que determinara cómo las lentes podrían cambar. Desde la Universidad de Viena, Zelinger apuró esta opción y llevó a cabo un experimento en 2017 usando los colores de los fotones emitidos desde estrellas distantes cientos de años luz, para concretar el experimento. Si hubiera alguna conspiración cósmica que creará la ilusión del entrelazamiento, habría comenzado cientos de años antes de realizar los experimentos. Corroboró los resultados obtenidos por los anteriormente citados.
No faltan los científicos que siguen manteniendo la conjetura de Einstein, para los que propiedades como la polarización o el espín, quedaron fijados en el Big Bang, por tanto, mucho antes de cualquier experimento llevado a cabo en tiempo reciente. No obstante, para muchos otros y, en especial, para los brillantemente reconocidos con el Nobel de este año, las dos partículas entrelazadas forman un solo sistema y las propiedades como el espín o la polarización están indefinidas hasta que se efectúa la medida. Esto supone que la realidad no está predeterminada hasta que no se mide. Inquietante resultado, sin duda. Esto empieza ahora. Brillantes premio Nobel.
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