Ciencia

Nobel de Física otorgado a trío por trabajar en la ‘acción espeluznante’ de Einstein

Premio Nobel de física: el austriaco Anton Zeilinger, uno de los tres ganadores

La Real Academia Sueca de Ciencias ha otorgado a Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger el Premio Nobel de Física 2022 por su trabajo en mecánica cuántica. El honor fue otorgado en reconocimiento a sus «experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica». El trío ha recibido un fondo de premios de 10 millones de coronas suecas (804.000 libras esterlinas), que se repartirán entre ellos. Anteriormente recibieron el Premio de Física de la Fundación Wolf sin fines de lucro israelí en 2010, también por sus trabajos sobre estados entrelazados.

¿Qué es el entrelazamiento cuántico?

El entrelazamiento es un fenómeno extraño predicho por la mecánica cuántica, la ciencia de cómo se comportan la materia y la luz en la escala atómica y subatómica.

De hecho, el entrelazamiento es una de las diferencias clave entre la mecánica cuántica y la mecánica clásica, que describe mejor el movimiento de los objetos a mayor escala.

De acuerdo con la mecánica cuántica, es posible que una partícula exista en dos condiciones mutuamente excluyentes al mismo tiempo, teniendo, por ejemplo, una polarización tanto horizontal como vertical, al menos hasta que se mida u «observe».

En este punto, la “superposición” de los diferentes estados colapsa y se encuentra que la partícula está en un estado o en el otro. Antes de la medición, todos los resultados posibles se pueden describir como una distribución de probabilidad conocida como «estado cuántico».

Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger fueron reconocidos por su trabajo sobre el enredo (Imagen: Getty Images / Creative Commons / John Clauser)

La impresión de un artista del entrelazamiento cuántico

Cuando las partículas se enredan, no se comportan individualmente sino como si fueran parte de un todo (Imagen: Johan Jarnestad / Real Academia Sueca de Ciencias)

Cuando dos partículas se enredan, no se comportan individualmente sino como si fueran parte de un todo más grande, incluso cuando están separadas por grandes distancias, de modo que es imposible describir el estado cuántico de una partícula independientemente de la otra.

Esto significa que se pueden correlacionar las mediciones de las propiedades físicas de las partículas entrelazadas, como su polarización o espín.

En un ejemplo simple, si uno tiene un par de partículas entrelazadas con un giro total de cero, si se encuentra que una partícula tiene un giro en el sentido de las agujas del reloj en un eje dado, entonces el giro de la otra partícula en el mismo eje será en sentido contrario a las agujas del reloj.

La parte realmente confusa radica en el hecho de que el estado colapsado de la primera partícula solo se establece cuando se toma la medida, pero aun así se correlacionará instantáneamente con las medidas de la otra partícula en el enredo.

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El comité del Premio Nobel de Física 2022

El comité del Premio Nobel de Física 2022, (LR) Eva Olsson, Hans Ellegren y Thors Hans Hansson (Imagen: Getty Images)

Un boceto de los ganadores del Premio Nobel de Física

El trío ha recibido un premio de 10 millones de coronas suecas (804 000 libras esterlinas) (Imagen: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach)

A pesar de ser en parte responsable de la teoría del entrelazamiento cuántico, el profesor Albert Einstein no estaba interesado en la idea, descartándola como una «acción espeluznante a distancia», ya que parecía que podría facilitar la transferencia de información más rápido que la velocidad de la luz.

En cambio, el profesor Einstein propuso que ambas partículas deben tener las llamadas «variables ocultas» que explican su correlación sin necesidad de romper el límite de velocidad del universo.

En la década de 1960, el físico norirlandés Dr. John Stewart Bell argumentó que la mecánica cuántica permitiría correlaciones estadísticas más sólidas entre ciertas mediciones de partículas distantes entrelazadas que las posibles bajo teorías «locales», como el uso de variables ocultas.

Si la mecánica cuántica es una explicación viable de cómo funciona el universo, entonces los resultados de ciertos experimentos deberían violar la restricción matemática predicha sobre la máxima correlación posible utilizando variables ocultas, la llamada «desigualdad de Bell».

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Un diagrama de las pruebas del Dr. Clauser y el Prof. Aspect

El Dr. Clauser y el Prof. Aspect demostraron que se puede violar una desigualdad de Bell (Imagen: Johan Jamestad / Real Academia Sueca de Ciencias)

¿Qué hicieron el Prof. Aspect, el Dr. Clauser y el Prof. Zeilinger?

El Dr. Clauser, con sede en California, desarrolló las ideas del Dr. Bell en un experimento práctico que probó la viabilidad de la mecánica cuántica frente a las variables ocultas.

La prueba involucró iones de calcio que emitieron fotos enredadas cuando se iluminaron con una luz especial. La polarización de los fotones enviados en diferentes direcciones se midió utilizando un filtro.

Sus mediciones mostraron una clara violación de una desigualdad de Bell, apoyando la teoría cuántica y mostrando que no puede ser reemplazada por una que emplee variables ocultas.

Sin embargo, quedaban algunas lagunas en el enfoque experimental utilizado por el Dr. Clauser.

El método fue perfeccionado por el Prof. Aspect de la Université Paris-Saclay y la École Polytechnique de Francia, de modo que los fotones entrelazados se emitieron a un ritmo más alto, pero también de manera que el sistema se podía cambiar entre varias configuraciones.

De esta manera, no se puede argumentar que el sistema contenga información avanzada que pueda afectar los resultados.

Finalmente, el ganador del tercer premio, el profesor Zeilinger de la Universidad de Viena, mostró cómo los estados cuánticos entrelazados podrían usarse en sistemas con más de dos partículas y para aplicaciones prácticas.

Por ejemplo, su grupo de investigación ha demostrado cómo se pueden mover estados cuánticos de una partícula a otra lejana en un proceso conocido como “teletransportación cuántica”.

Dichos trucos cuánticos tienen el potencial de ser aprovechados para producir esquemas de encriptación indescifrables, con partículas enredadas que se utilizan para producir la «clave» para descifrar datos encriptados de una manera que no puede ser medida por un tercero sin alertar al remitente.

Anders Irbäck, presidente del Comité Nobel de Física: “Cada vez está más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica.

“Podemos ver que el trabajo de los laureados con los estados entrelazados es de gran importancia, incluso más allá de las cuestiones fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica”.

La presidenta de la Sociedad Estadounidense de Física, Frances Hellman, agregó: “Este premio refleja la importancia de los experimentos de los galardonados para nuestra comprensión fundamental de la mecánica cuántica, así como para las tecnologías emergentes, como las computadoras cuánticas y la comunicación cuántica.

“El trabajo es un gran ejemplo de lo mejor de la física: explora la verdad y la belleza del universo y, al mismo tiempo, sienta las bases para las tecnologías que mejoran la vida en la Tierra”.

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