Entrelazamiento cuántico

 

El entrelazamiento está en el corazón de la física cuántica. Al igual que otros aspectos de la mecánica cuántica, el fenómeno del entrelazamiento tiene su naturaleza a nivel de partículas; aunque recientemente se ha demostrado la existencia de un «entrelazamiento macroscópico» a escala molecular, celular y multicelular (ver: Entrelazamiento macroscópico).

Cuando los investigadores estudian el entrelazamiento, a menudo usan un tipo especial de cristal para generar dos partículas entrelazadas a partir de una. Las partículas entrelazadas luego se envían a diferentes lugares. Para este ejemplo, supongamos que los investigadores quieren medir la dirección en la que giran las partículas, que puede ser hacia arriba o hacia abajo a lo largo de un eje determinado. Antes de medir las partículas, cada una estará en un estado de superposición, o «girando hacia arriba» y «girando hacia abajo» al mismo tiempo.

Si el investigador mide la dirección del espín de una partícula y luego repite la medición en su compañero distante entrelazado, siempre encontrará que el par está correlacionado: si el espín de una partícula es hacia arriba, el de la otra será hacia abajo (también se puede preparar el experimento para que los espines pueden estar los dos hacia arriba o ambos abajo, pero siempre existirá una correlación). La belleza del entrelazamiento es que el simple hecho de conocer el estado de una partícula automáticamente te dice algo sobre su compañera, incluso cuando están muy separados.

Pero, ¿están realmente las partículas unidas entre sí, de alguna manera, a través del espacio, o está sucediendo algo más?;
Gracias al trabajo teórico de J S Bell en la década de 1960, y otros, a partir de la década de 1970, los científicos han descartado las teorías de «variables ocultas» locales. Una clave del éxito de los investigadores consistía en observar partículas entrelazadas desde diferentes ángulos. En el experimento mencionado anteriormente, esto significa que un investigador mediría su primera partícula mientras gira, pero luego usaría un ángulo de visión diferente (o una dirección del eje de giro diferente) para medir la segunda partícula. En lugar de que las dos partículas coincidieran como antes, la segunda partícula habría vuelto a un estado de superposición y, una vez observada, podría girar hacia arriba o hacia abajo. La elección del ángulo de visión cambió el resultado del experimento, lo que significa que no puede haber «información oculta» escondida dentro de una partícula que determine su giro antes de que se observe. La danza del entrelazamiento no se materializa a partir de una sola partícula, sino a partir de las «relaciones» entre ellas.

El entrelazamiento también puede ocurrir entre cientos, millones e incluso más partículas. Se cree que el fenómeno tiene lugar en toda la naturaleza, entre los átomos y las moléculas de las especies vivas y dentro de los metales y otros materiales. Cuando cientos de partículas se entrelazan alguna propiedad, actúan como un objeto “unificado” respecto de esa propiedad (estado de entrelazamiento).

Como una bandada de pájaros, las partículas se convierten en una entidad completa en sí mismas sin estar en contacto directo entre sí.

También nos podría ayudar a entender el entrelazamiento usando la analogía del libro que explica una idea (o un concepto), este se ha de entender teniendo en cuenta el conjunto de páginas del libro. Cada página contribuye a que podamos entender la idea, que se encuentra “distribuida” en todas sus páginas. Cada página (como entidad independiente) sería como una partícula y la idea que explica el libro (que está en todas sus páginas) sería como el entrelazamiento.

Los científicos de Caltech se centran en el estudio de los llamados sistemas entrelazados de muchos cuerpos, tanto para comprender la física fundamental como para crear y desarrollar nuevas tecnologías cuánticas. Como dice John Preskill, profesor Richard P. Feynman de Física Teórica de Caltech, presidente de Allen VC Davis y Lenabelle Davis, y director del Instituto de Información y Materia Cuántica, «Estamos invirtiendo y apostando a que el entrelazamiento sea uno de los temas más importantes de la ciencia del siglo XXI». [Bjorkman, 2021]

Dos partículas pueden compartir un estado cuántico común, un fenómeno conocido como «entrelazamiento». Cuando eso ocurre, las propiedades medibles en uno de los objetos, como su posición, su velocidad, spin o polarización, permanecen ligadas a las del otro con un grado de correlación mayor del que sería posible conseguir con cualquier sistema clásico.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno que se produce cuando dos partículas, que previamente han tenido algún tipo de relación, permanecen formando una sola entidad, incluso habiendo sido separadas una gran distancia, de tal forma que las acciones que se realizan sobre una de ellas es tenida en cuenta por la otra. Por ejemplo, si se consigue observar que una de las partículas gira en el sentido de las agujas del reloj (respecto de un determinado eje de giro), la otra partícula girará en el sentido contrario a las agujas del reloj (respecto del mismo eje de giro).

De forma muy coloquial, cuando se piensa en partículas y funciones de onda, se podría pensar que cada partícula tiene su propia función de onda ψ(x): que tiene que ver con la probabilidad de que una partícula se encuentre en una posición x. Cuando tenemos dos partículas, podría ser lógico pensar que tenemos dos funciones de onda, ψ₁(x) y ψ₂(x), cada una describiendo su propia partícula. Pero el entrelazamiento cuántico es la afirmación de que deberíamos describir las dos partículas con una única función de onda ψ(x₁, x₂) en su lugar. En otras palabras, sería como una medida de la tendencia de que la partícula 1 esté en la posición x₁ cuando la partícula 2 está en la posición x₂.