Entrelazado antes de nacer: si eso no es amor cuántico, no sé qué es

Por Arturo Quirantes, el 30 mayo, 2013. Categoría(s): Física moderna ✎ 1
entanglement
Amor cuántico, sin barreras de espacio ni tiempo

En el mundo de la literatura, los amantes mantienen sus eternos e irrompibles lazos de amor por lejos que se encuentren. Su amor les une incluso después de la muerte, como en el caso de Romeo y Julieta; pero apuesto a que ni siquiera Shakespeare podría conseguir que un personaje estuviese enamorado antes siquiera de nacer. Pues según un grupo de investigadores israelíes, sí que se puede. Es lo que tiene haber nacido en un mundo cuántico.

Uno de los aspectos más extraños en Mecánica Cuántica es que las cosas no “deciden” adoptar un estado hasta que se las mira. Todos habéis oído hablar del famoso gato de Schrödinger. Se supone que hay un gato en una caja, junto con una ampolla de veneno, un martillo y una partícula radiactiva. Si la partícula se desintegra, el martillo cae sobre el veneno y el gato se muere; si no, el felino sigue viviendo. Mientras no la observemos, la partícula está en lo que se llama una superposición de estados: en cierto modo, está desintegrada y no desintegrada a la vez, de forma que el gato está a la vez vivo y muerto.  Solamente desharemos el entuerto cuando miremos el sistema; en ese momento, la función de onda de la partícula colapsa, lo que en lenguaje de la calle quiere decir que la partícula “escoge” tomar uno de los dos estados.

Einstein no se encontraba nada cómodo con rarezas de este tipo, y para combatir esta forma tan rara de describir la naturaleza enunció lo que hoy llamamos paradoja EPR (Einstein-Podolski-Rosen). La idea es que, si la tesis del gato es cierta, ello llevaría a contradicciones con la teoría de la Relatividad (y la propia Cuántica también, aunque no me voy a meter en ese avispero hoy). Para ilustrar la paradoja EPR, imaginemos que yo creo un par de partículas A y B, que podemos describir mediante una única función de onda; es decir, no son partículas independientes sino interrelacionadas de algún modo. Cada una de ellas tiene una propiedad cuántica que representaré mediante los símbolos (+) y (-). No necesitamos definir aquí dicha propiedad, bástenos con saber que es una propiedad que se tiene que conservar: si A tiene el estado (+), B tendrá el estado (-).

La cuestión es que, cuando yo creo las partículas, no sé cuál es el estado de cada cuál, ya que no lo he medido; se encontrarán, como el gato de Schrödinger, en una superposición de estados (+) y (-). Cuando yo mida el estado de la partícula A, la partícula B adoptará el estado opuesto. Ambas partículas, por construcción, se encuentran unidas entre sí por un destino común: en términos cuánticos, se dicen que forman un sistema entrelazado (entangled).

Ahora me llevo la partícula A a Marte y la observo; al hacerlo, A adopta un estado determinado, digamos (-). Eso significa que en la Tierra, a millones de kilómetros de distancia, la partícula B adopta un estado (+). La información sobre la medición de A ha viajado de forma instantánea, interactuando de algún modo con la partícula B en la Tierra. ¿Cómo es posible? ¿Dónde quedó esa regla de que nada puede viajar más rápido que la luz?

La explicación favorecida por Einstein, Podolski y Ronsen consiste en que, en realidad, A y B no están en ninguna superposición de estados, sino que ya tenían un estado predeterminado desde el principio. Es como si tuviésemos un par de monedas, cada una de ellas en una caja. Sabemos que una está de cara y la otra de cruz, pero no sabemos cuál. Cuando abrimos la primera caja, vemos la moneda de cruz, y evidentemente deducimos que la otra moneda está de cara. No hay otra, siempre han estado así. Esa es la denominada teoría de variables ocultas. El problema es que diversos experimentos, diseñados para evaluar la llamada desigualdad de Bell, demostraron que no es ese el caso. No existen variables ocultas.

¿Debemos, pues, abandonar la regla de “no viajarás más rápido que la luz” que Einstein nos enunció hace ya un siglo? Pues no del todo. Para entenderlo, voy a convertirme en un minero interplanetario. Muevo el culo hacia Marte, donde mis compañeros y yo perforamos y perforamos, y un día, la suerte nos sonríe. ¡Oro! ¡Montañas de oro! Cuando se sepa la noticia en la Tierra, el valor del oro caerá en picado, así que todos nos abalanzamos hacia nuestras radios para dar la orden a nuestros corredores de bolsa: vended oro, rápido. Sin embargo, la noticia tardará varios minutos en llegar a la Tierra debido a la velocidad finita de las ondas electromagnéticas. Yo, que tengo mi partícula A, me limito a observarla, con lo que fijo su estado, digamos en (+); instantáneamente, mi corredor de bolsa en la Tierra ve que su partícula B adopta un estado (-), lo que significa “vende oro,” y a buen entendedor pocas palabras bastan.

Para resolver la paradoja hay que caer en la cuenta de que, en realidad, yo no he transmitido información. Debido a la superposición de estados de mi partícula, tengo un 50% de probabilidades de medir (+) y otro 50% de medir (-). Lo que mediré es una de ambas posibilidades, pero yo no decido si la partícula A tendrá estado (+) o (-), y por tanto no puedo enviar una señal basado en ese fenómeno. Peor aún, mi corredor necesita mirar la partícula B para determinar su estado, y en ese momento puede que sea él quien esté fijando el estado de A.

No hay salida. A pesar de que el entrelazamiento proporciona a A y B un destino común, y que cualquier cosa que le hagamos a una repercutirá en la otra de forma instantánea, no podemos usar el entrelazamiento cuántico para transmitir información. De este modo, el tío Albert se tiene que tragar la paradoja, pero al mismo tiempo se mantiene su norma de no viajar más rápido que la luz.

Implícito en todo este esquema parece estar el hecho de que A y B fueron creados al mismo tiempo y en el mismo lugar para que sus destinos estén entrelazados. Resulta, no obstante, que el amor cuántico no sabe de barreras, y de hecho existe un mecanismo denominado intercambio de entrelazamientos (entanglement swapping), que permite saltarnos esa barrera y entrelazar dos partículas que no están en el mismo lugar del espacio. Voy a ser deliberadamente simple aquí, porque si no seguro que no querrán saber de mí, y como digo en estos casos, quiero que sigamos siendo amigos.

Digamos que Romeo y Julieta desean entrelazar sus vidas, pero están encerrados en sus respectivas habitaciones. Lo que hará Romeo es generar dos fotones entrelazados, a los que llamaremos R1, R2; por su parte, Julieta genera otros dos fotones entrelazados J1, J2. A continuación, cada uno de ellos envía uno de sus fotones (digamos R1 y J1) a Celestina. Esta intermediaria toma ambos fotones y los somete a una encantamiento. Bueno, vale, seré más correcto: mide los fotones y los proyecta en un estado de Bell. ¿Mejor así? Los resultados de ese “encantamiento” son comunicados a Romeo y Julieta, y a partir de ese momento, los dos fotones restantes (R2, J2) están entrelazados, aun cuando no fueron creados en el mismo lugar.

Lo que sigue es más divertido aún, porque vamos a jugar con el tiempo además de con el espacio. Supongamos que, antes de que Celestina haya podido encantar los fotones (R1, J1), Romeo y Julieta destruyen los otros dos fotones (R2, J2) que se han guardado. Qué le vamos a hacer, tenían un mal día. ¿Creen ustedes que el encantamiento seguirá teniendo éxito? La impresión inicial es que no, ya que los fotones (R2, J2) que queríamos entrelazar ya no existen. ¡Pero eso no importa! El encantamiento de Celestina es tan potente que logra entrelazar los fotones R2 y J2 incluso después de que estos hayan dejado de existir. Los amantes han desaparecido, pero su amor no.

Shakespeare tuvo la habilidad de crear este entrelazamiento post-morten gracias a su genio creador. Los científicos modernos han tardado siglos en ponerse a su altura: este resultado que acabo de describir fue descubierto en mayo del año pasado por investigadores vieneses. Puede usted ampliar más información en esta interesante entrada del blog Manzanas entrelazadas, donde nos explica por qué el artículo que apareció en el ABC llevaba el incorrecto título de Logran cambiar, desde el presente, un evento del pasado.

Finalmente, llegamos al último capítulo (por ahora) de esta apasionante historia. Un grupo de investigadores israelíes acaba de demostrar que puede existir un entrelazamiento cuántico incluso antes de que exista uno de los fotones a entrelazar. Romeo puede estar enamorado de una Julieta que todavía no ha nacido.

El experimento, llevado a cabo por investigadores de la Universidad Hebrea de Israel, precisa nuevamente de cuatro fotones, a los que llamaré (R1, R2, J1, J2) como en el ejemplo anterior. La novedad está en que no los crearon todos a la vez, sino a pares. El esquema es como sigue. En primer lugar, se crean dos fotones entrelazados, R1-R2. Tomamos el fotón R2 y lo medimos, o sencillamente lo destruimos. Seguidamente, creamos un segundo par de fotones entrelazados J1-J2, y finalmente hacemos una proyección a estado de Bell (el “encantamiento”) entre los fotones R1 y J1.

El resultado del “encantamiento” es generar un entrelazamiento entre R2 y J2, de una forma similar al experimento de Viena. Pero hay una diferencia importante: cuando se creó el fotón J2, R2 había desaparecido ya. Eso quiere decir que el entrelazamiento final R2-J2 se ha llevado a cabo entre partículas que no coexistieron nunca. En cierto modo, Julieta se enamora de un Romeo que aún no ha nacido, y tras morir ésta nace Romeo va y se enamora de ella a su vez.

Estoy seguro que incluso el genio inglés sudaría de lo lindo para encajar una historia así. Probablemente se inventaría personajes para hablar a Romeo sobre las virtudes de la desaparecida Julieta, o tal vez cartas escritas desde el pasado, para explicar esa fijación amorosa con alguien a quien jamás conoció. Nuestro sin par Don Quijote de la Mancha vivió enamorado de una Dulcinea que no existió nunca (no con los atributos que él le asignaba, al menos), de modo que quizá Cervantes pudiese estar a la altura.

Aun así, no les envidio la papeleta, porque la cosa se lía más y más a cada momento que nos paramos a cavilar. Piensen un poco en este detalle: si hubiéramos medido la polarización de J2 antes de destruirlo, eso hubiera fijado la polarización del fotón R2 antes incluso de haber sido creado. Es decir, el estado de ese fotón estaría ya predeterminado por sucesos del pasado. Es algo así como si Julieta fuese vegetariana, y tras su muerte un joven Romeo descubriese que, en realidad, él también odia la carne, no por elección personal, sino porque su enamorada del pasado así lo decidió un día.

Por lo que valga, resulta que mi esposa es vegetariana y yo soy carnívoro, pero soy yo quien hace las ensaladas en casa. Superad eso, fotones entrelazados.



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Por Arturo Quirantes, publicado el 30 mayo, 2013
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