Los pioneros del entrelazamiento cuántico reciben el Nobel de Física 2022
El 4 de octubre de 2022 se ha anunciado al mundo los galardonados con el prestigioso premio Nobel en física de la real academia de ciencias de Suecia, uno de los más importantes del mundo. Este es otorgado todos los años a entre uno y tres personas cuyos aportes en sus respectivas áreas resaltan enormemente y recibirían, además de un medallón, la suma de 10 millones de coronas suecas; equivalente a aproximadamente 915 mil dólares estadounidenses, y que en este caso sería repartido equitativamente.
Laureados
- Alain Aspect
En 1947 nació en Francia, en el momento del anuncio se encuentra trabajando en la universidad de París – Saclay y la escuela Politécnica, ambas en Francia. - John Clauser
Nació en Pasadena, California, el primero de diciembre de 1942, actualmente se encuentra afiliado en F. Clauser and Associates en California, Estados Unidos. - Anton Zeilinger
Nació en Austria el 20 de mayo de 1945, actualmente trabaja en la universidad de Viena en Austria.
Actividad fantasmagórica a distancia
La serie de trabajos galardonados en esta ocasión están enfocados a la mecánica cuántica y uno de los fenómenos más curiosos que la acompañan, el entrelazamiento cuántico. Para poder comprender estos efectos es necesario ignorar gran parte de las cosas que damos por hecho en nuestra vida cotidiana y entender al mundo como algo probabilístico sin propiedades determinadas.
Para entender el entrelazamiento uno puede imaginar dos bolas de colores distintos que son lanzadas en direcciones diferentes, con observar solo una de ellas ya puedes conocer perfectamente el calor de la otra que no has visto. Por otro lado, en el mundo cuántico el color de cada bola no está determinado y solamente lo hará hasta ser observada; esto se conoce como colapsar, obteniendo al azar uno de los colores y estrictamente la otra debe obtener el contrario. Esta unión entre ambas es instantánea sin importar la distancia que las separe.
Dentro de la formulación de mecánica cuántica, uno de los mejores modelos del funcionamiento del universo del cual disponemos, predice que antes de ser observadas (entiéndase como ser medida a través de algún instrumento) ambas partículas entrelazadas no han determinado su color y existe una probabilidad de colapsar en uno o en otro. Aunque también existen personas que proponen estos valores ya están determinados previamente por una variable que somos capaces de medir; conocida como variable oculta.
Desigualdades de Bell
Este Premio Nobel es otorgado a varios experimentos que desmienten las variables ocultas, refuerzan la mecánica cuántica y abren las puertas al uso del entrelazamiento para usos prácticos en la vida cotidiana. Lo que se buscaba era poder desmentir las desigualdades de Bell; en inglés Bell inequalites, las cuales busca relacionar los fenómenos observados, pero empleando la idea de las instrucciones secretas.
En su momento, la propuesta del entrelazamiento cuántico suponía un sinsentido de acción a gran distancia y suponiendo una violación a uno de ellos principios de la relatividad especial de Einstein, donde la información; en este caso el estado en el cual colapso una unidad del par, no puede viajar más rápido que la luz. En esa época la mecánica cuántica se mostraba como una explicación errónea e incompleta de la realidad.
El físico irlandés John Stewart que en su momento trabajaba en el CERN; centro europeo de investigación nuclear, por sus siglas en francés, planteó una clase de experimentos que al ser repetido muchas veces y al estudiar los resultados se debería encontrar una correlación menor o igual a un valor específico, es decir, una desigualdad de Bell. Mientras que la mecánica cuántica tenía la capacidad de superar este valor y demostraría que esta última era más completa y lograba predecir de mejor manera lo que se media y observaba.
El trabajo de los Nobel
En sus años de estudiante, John Clauser escuchó por primera vez sobre las desigualdades de Bell y se sintió bastante atraído por ellas, posteriormente junto con otros investigadores se realizaron propuestas para otro experimento que pudieran ponerlas a prueba y acercarse más a la respuesta de sí realmente el mundo trabajaba con variables ocultas.
A través de la medición de fotones cuya polarización era igualmente indeterminada y desconocida se podía tratar de filtrar pares de estas partículas entrelazadas, en algunos casos lograrían pasar ambos y en otras ocasiones solo uno o ninguno de ellos pasaría entre unas rejillas con cierto ángulo de diferencia. En el modelo de la mecánica cuántica se predice que la cantidad de pares que logran pasar exitosamente está estrechamente relacionada con la diferencia de orientación entre ambos filtros, llegando incluso en algunos casos a violar la desigualdad de Bell.
Con el tiempo se siguió repitiendo y mejorando el experimento, mostrando así una notable violación de las desigualdades de Bell, sirviendo como evidencia de que el mundo realmente es probabilístico y no existen variables ocultas.
Partiendo del trabajo de John Clauser, Alain Aspect mejoraría estos experimentos, partiendo de una nueva forma de excitar átomos para conseguir pares de fotones entrelazados con mayor facilidad y tasa de emisión, además de modificar constantemente varias configuraciones para no conocer de antemano ningún valor que podría afectar los resultados.
Nuevamente, Anton Zeilinger continuaría esta rama de experimentos para poner a prueba las desigualdades de Bell y desarrolló una nueva forma de emitir fotones entrelazados con un láser incidiendo sobre un cristal especial y aprovechando generadores aleatorios de números para definir las configuraciones del sistema, en una ocasión empleo señales de galaxias distintas para controlar los filtros.
El futuro de la tecnología y la comunicación
A partir de poner a prueba las desigualdades de Bell y la búsqueda por desmentirlas ha permitido entender mejor la cuántica, sus efectos y como sus curiosos fenómenos podrían ser aprovechados para facilitar nuestra vida cotidiana, ha mostrado tener gran potencial para la computación, transferencia y almacenamiento de información, y el desarrollo de complejos y eficaces algoritmos de encriptación. Todo esto ha sido gracias a los aportes de los tres laureados de este año.
