Su nombre intimida: partículas cuánticas entrelazadas. De primera entrada, puede sonar de difícil comprensión, pero la mecánica cuántica es la que da base a tecnologías que usamos a diario, como nuestros teléfonos inteligentes o los procesadores de nuestra computadora, también para calibrar instrumentos de medición.
Por experimentos y aplicaciones con teorías de mecánica cuántica, específicamente con esas partículas entrelazadas, el francés Alain Aspect, el estadounidense John Clauser y el austriaco Anton Zeilinger fueron laureados este 4 de octubre con el premio Nobel de Física 2022.
De las partículas entrelazadas hay muchas líneas de investigación que buscan desarrollar mejores implementos tecnológicos.
“Los fundamentos de la mecánica cuántica no son solo un asunto teórico o filosófico. Hay intensas investigaciones y desarrollos para utilizar las propiedades individuales de los sistemas de partículas para construir nuevos procesadores, mejorar las mediciones, crear redes y establecer comunicación encriptada”, destacó la Fundación Nobel.“
Los experimentos desarrollados por los nuevos laureados pusieron en práctica discusiones teóricas que tuvieron hace décadas los físicos Albert Einstein y Neils Bohr.
Para entender mejor en qué consiste esto, La Nación estudió la documentación enviada por la Fundación Nobel y contactó a Arturo Ramírez, quien es doctor en física y profesor en la Escuela de Física en la Universidad de Costa Rica (UCR).
“Cuando Einstein y Bohr proponían esas cosas, en los años 30, y posteriormente lo hizo Joseph Bell en los 60s, no existía la tecnología para hacer los experimentos. Ya para las décadas de los 70, 80 y 90 sí había tecnología para hacer estos experimentos en laboratorio, y fue lo que los premios Nobel de hoy hicieron”, puntualizó Ramírez.
“Este premio de hoy, con experimentos de hace más de 30 años, puede tener aplicaciones futuras que aún no sabemos. Aplicaciones prácticas en unos 20, 30, 40 años. Lo que la Física hace encuentra cabida después en la Ingeniería. Se habla de computación cuántica, con procesadores más veloces y que puedan condensar mejor la información más pesada”, agregó.
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La analogía de las pelotas
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Para entender cómo son estas partículas y saber cómo es ese estado cuántico entrelazado, la Academia Real Sueca de las ciencias, propone una analogía con dos pelotas que están entrelazadas por una especie de hilo invisible.
“Aunque tampoco hay tal hilo, no es algo que yo pueda cortar, como con tijera, estas partículas siempre van a estar entrelazadas, no importa cuán lejos estén, a millones de años luz, nada las separa y siempre van a interactuar”, precisó Ramírez.
Cuando dos partículas están entrelazadas, si alguien mide una de propiedad de una partícula puede determinar esa misma medición en la otra partícula, sin necesidad de medirla. En otras palabras, lo que le pasa a una partícula determina lo que le pasa a la otra, aunque estén a distancias inmensas, ese “lazo” las mantiene unidas a tal punto que si algo afecta a una se refleja en la otra.
Según la Academia, la mecánica cuántica de pares entrelazadas puede ser comparada con una máquina que tira bolas de colores opuestos en direcciones opuestas. Si por ejemplo, Roberto captura una bola y ve que es negra, él inmediatamente sabe que Alicia, en el extremo opuesto, capturó una bola blanca.
La mecánica cuántica dice, sin embargo, que ambas bolas eran grises hasta que alguien las volvió a ver.
Einstein y sus amigos, versus Bohr
Los problemas teóricos de la mecánica cuántica comenzaron en la década de 1930. En 1935, para ser exactos. Einstein, junto con sus amigos Boris Podolsky y Nathan Rosen, propusieron un experimento mental (porque no había tecnología de laboratorio para hacerlo real) en el cual ese entrelazamiento cuántico entre dos partículas era imposible, porque rompería el principio de localidad.
“Es como cuando usted está en una piscina y de un lado tiene un nivel, una regla para medir, y usted del otro lado tira una piedra, el nivel de agua va a cambiarse y a subir en esa regla luego de que las ondas lleguen desde el lugar donde se tiró la piedra hasta donde está la regla, no es inmediato, eran lo que proponían ellos”, destacó.
A diferencia, Bohr decía que aunque no estén en el mismo lugar, el estado en el que se encuentra una de las dos partículas afectará a la otra irremediablemente, aunque la distancia sea muy grande. Los entrelazamientos cuánticos establecían que el efecto de una partícula sobre otra era inmediato y no había que esperar a que llegara el efecto de un lugar a otro.
En 1964, el científico John Bell diseñó un algoritmo para poder demostrar la física cuántica y el fenómeno del entrelazamiento. Sugirió separar dos partículas miles de kilómetros y comprobar que sus estados eran capaces de influirse pese a la distancia y, además, de forma simultánea.
La teoría lleva a la práctica... y de ahí al premio Nobel
En países diferentes, con equipos de trabajo distintos y en años diferentes, los hoy tres laureados mostraron que sí hay entrelazamiento en estas partículas, lo que eventualmente abriría las puertas de nuevas tecnologías.
El primero en llevar a cabo su experimento fue Clauser, en 1972. Él y su equipo construyeron un aparato que emitía dos fotones (partículas de luz) enlazados al mismo tiempo, cada uno iba hacia un filtro. Con ello probó que, lo que en teoría mostraba la mecánica cuántica, también aplicaba en la práctica y ese lazo invisible que unía a las partículas hacía que lo que afectaba a una afectara a la otra.
Una década después, Aspect hizo su propio experimento en Francia. En su experimento hizo que los fotones pudieran pasar por dos filtros diferentes que llevaron a ángulos diferentes. Se mostró que no había variables ocultas en esto y que el entrelazamiento existía.
Finalmente, en 1997, Zeilinger utilizó dos parejas de partículas entrelazadas en su experimento. Así, demostró que si una partícula de cada par llega a interactuar de alguna forma, la otra partícula de cada par (es decir, la que no interactuó) se entrelazará con el otro par aunque nunca hayan estado en contacto con ella.
¿Por qué estos premios se dieron tantas décadas después de los descubrimientos? Ramírez subrayó que la ciencia es muy estructurada en eso, y lo que tiene como evidencia debe probarse durante años para establecerse como verdad y con ello hacerse merecedoras de galardones como este.