Premio Nobel: Los físicos comparten el premio por sus conocimientos sobre el espeluznante mundo de la mecánica cuántica

El premio Nobel de física 2022 ha sido otorgado a un trío de científicos por experimentos pioneros en mecánica cuántica, la teoría que cubre el micromundo de los átomos y las partículas.

Alain Aspect de la Université Paris-Saclay en Francia, John Clauser de J.F. Clauser & Associates en los EU y Anton Zeilinger de la Universidad de Viena en Austria compartirán la suma del premio de 10 millones de coronas suecas (915 mil dólares) “para experimentos con fotones, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”.

El mundo de la mecánica cuántica parece realmente muy extraño. En la escuela, nos enseñan que podemos usar ecuaciones en física para predecir exactamente cómo se comportarán las cosas en el futuro, por ejemplo, a dónde irá una pelota si la hacemos rodar colina abajo.

La mecánica cuántica es diferente de esto. En lugar de predecir resultados individuales, nos dice la probabilidad de encontrar partículas subatómicas en lugares particulares. En realidad, una partícula puede estar en varios lugares al mismo tiempo, antes de "elegir" una ubicación al azar cuando la medimos.

Incluso el gran Albert Einstein mismo estaba inquieto por esto, hasta el punto en que estaba convencido de que estaba mal. En lugar de que los resultados sean aleatorios, pensó que debe haber algunas "variables ocultas" (fuerzas o leyes que no podemos ver) que influyen de manera predecible en los resultados de nuestras mediciones.

Sin embargo, algunos físicos aceptaron las consecuencias de la mecánica cuántica. John Bell, un físico de Irlanda del Norte, hizo un importante avance en 1964, al idear una prueba teórica para demostrar que las variables ocultas que Einstein tenía en mente no existen.

De acuerdo con la mecánica cuántica, las partículas se pueden "enredar", escalofriantemente conectadas de modo que si manipulas una, automáticamente e inmediatamente también manipulas la otra. Si esta espeluznante (partículas muy separadas que se influyen misteriosamente entre sí instantáneamente) fuera explicada por las partículas que se comunican entre sí a través de variables ocultas, requeriría una comunicación más rápida que la luz entre las dos, lo que prohíben las teorías de Einstein.

El entrelazamiento cuántico es un concepto difícil de entender, esencialmente vinculando las propiedades de las partículas sin importar cuán separadas estén. Imagina una bombilla que emite dos fotones (partículas de luz) que viajan en direcciones opuestas alejándose de ella.

Si estos fotones están entrelazados, pueden compartir una propiedad, como su polarización, sin importar su distancia. Bell se imaginó haciendo experimentos con estos dos fotones por separado y comparando los resultados de ellos para demostrar que estaban entrelazados (verdadera y misteriosamente vinculados).

Clauser puso en práctica la teoría de Bell en un momento en que hacer experimentos con fotones individuales era casi impensable. En 1972, solo ocho años después del famoso experimento mental de Bell, Clauser demostró que la luz sí podía estar entrelazada.

Si bien los resultados de Clauser fueron innovadores, hubo algunas explicaciones alternativas más exóticas para los resultados que obtuvo.

Si la luz no se comportaba como pensaban los físicos, quizás sus resultados podrían explicarse sin enredos. Estas explicaciones se conocen como lagunas en la prueba de Bell, y Aspect fue el primero en desafiar esto.

Aspect ideó un ingenioso experimento para descartar una de las lagunas potenciales más importantes en la prueba de Bell. Demostró que los fotones entrelazados en el experimento en realidad no se comunican entre sí a través de variables ocultas para decidir el resultado de la prueba de Bell. Esto significa que realmente están espeluznantemente vinculados.

En ciencia es increíblemente importante probar los conceptos que creemos que son correctos. Y pocos han jugado un papel más importante en hacer esto que Aspect. La mecánica cuántica ha sido probada una y otra vez durante el siglo pasado y sobrevivió ilesa.

Tecnología cuántica

En este punto, se le puede perdonar que se pregunte por qué importa cómo se comporta el mundo microscópico, o que los fotones se pueden entrelazar. Aquí es donde realmente brilla la visión de Zeilinger.

Una vez aprovechamos nuestro conocimiento de la mecánica clásica para construir máquinas, hacer fábricas, lo que condujo a la revolución industrial. El conocimiento del comportamiento de la electrónica y los semiconductores ha impulsado la revolución digital.

Pero entender la mecánica cuántica nos permite explotarla, construir dispositivos que sean capaces de hacer cosas nuevas. De hecho, muchos creen que impulsará la próxima revolución de la tecnología cuántica.

El entrelazamiento cuántico se puede aprovechar en la informática para procesar información de formas que antes no eran posibles. La detección de pequeños cambios en el enredo puede permitir que los sensores detecten cosas con mayor precisión que nunca. La comunicación con la luz enredada también puede garantizar la seguridad, ya que las mediciones de los sistemas cuánticos pueden revelar la presencia del intruso.

El trabajo de Zeilinger allanó el camino para la revolución tecnológica cuántica al mostrar cómo es posible vincular una serie de sistemas entrelazados para construir el equivalente cuántico de una red.

En 2022, estas aplicaciones de la mecánica cuántica no son ciencia ficción. Tenemos las primeras computadoras cuánticas. El satélite Micius utiliza el entrelazamiento para permitir comunicaciones seguras en todo el mundo. Y los sensores cuánticos se están utilizando en aplicaciones que van desde imágenes médicas hasta la detección de submarinos.

En última instancia, el panel Nobel de 2022 reconoció la importancia de los fundamentos prácticos que producen, manipulan y prueban el entrelazamiento cuántico y la revolución que está ayudando a impulsar.

"Me complace ver a este trío recibir el premio. En 2002, comencé un doctorado en la Universidad de Cambridge que se inspiró en su trabajo. El objetivo de mi proyecto era hacer un dispositivo semiconductor simple para generar luz entrelazada", dice Robert Young, profesor de Física y Director del Centro de Tecnología Cuántica de Lancaster en la Universidad de Lancaster.

Esto fue para simplificar en gran medida el equipo necesario para realizar experimentos cuánticos y permitir la construcción de dispositivos prácticos para aplicaciones del mundo real. Nuestro trabajo fue exitoso y me sorprende y me emociona ver los pasos agigantados que se han hecho en el campo desde entonces.

Artículo original en The Conversation