El Nobel de Física, a pioneros de la información cuántica

Realizaron experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y aportes a la ciencia

El Premio Nobel de Física 2022 fue otorgado conjuntamente al francés Alain Aspect, al estadunidense John Clauser y al austriaco Anton Zeilinger “por experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”.

Alain Aspect, John Clauser y Anton Zeilinger han llevado a cabo experimentos innovadores utilizando estados cuánticos entrelazados, en los que dos partículas se comportan como una sola unidad, incluso cuando están separadas. Sus resultados han despejado el camino para nuevas tecnologías basadas en información cuántica.

Los efectos inefables de la mecánica cuántica están comenzando a encontrar aplicaciones. Ahora existe un gran campo de investigación que incluye computadoras y redes cuánticas, y comunicación cifrada cuántica segura.

Un factor clave en este desarrollo es cómo la mecánica cuántica permite que dos o más partículas existan en lo que se llama un estado entrelazado. Lo que le sucede a una de éstas en un par entrelazado determina lo que le pasa a la otra partícula, incluso si están muy separadas.

Durante mucho tiempo, la pregunta fue si la correlación se debía a que las partículas en un par entrelazado contenían variables ocultas, instrucciones que les indican qué resultado deben dar en un experimento. En la década de 1960, John Stewart Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre, en ella establece que si hay variables ocultas, la correlación entre los resultados de un gran número de mediciones nunca excederá un cierto valor. Sin embargo, la mecánica cuántica predice que cierto tipo de experimento violará la desigualdad de Bell, lo que dará como resultado una correlación más fuerte de lo que sería posible de otro modo.

“Se ha vuelto cada vez más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica. Podemos ver que el trabajo de los laureados con estados entrelazados es de gran relevancia, incluso más allá de las cuestiones fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica”, dice Anders Irbäck, presidente del Comité Nobel de Física.

El doctor Erick Leonardo Patiño Jaidar, académico e investigador de la Facultad de Ciencias, explica por qué es importante este premio Nobel:

“Es muy relevante porque contribuye de forma profunda a que completemos la transición, a entender la naturaleza de una manera absolutamente distinta. La revolución de la mecánica cuántica nos lleva a darnos cuenta que la naturaleza no tiene el mismo tipo de determinismo que creíamos que tenía según las leyes clásicas de la física”.

Los aportes de cada científico

Patiño Jaidar señala: “John Clauser fue el primero en hacer el experimento, él plantea la forma en la cual se puede hacer el dispositivo experimental para corroborar si la mecánica cuántica es incompleta o si la naturaleza me está diciendo que las partículas elementales son algo por lo que tengo que renovar totalmente mi entendimiento de la física. Él lleva a cabo el experimento de Bell, que consiste en tomar estas dos partículas en este estado cuántico entrelazado y permitir que se generen y se empiecen a alejar, se generan y se alejan. Lo que hace es medir una cierta propiedad física para una de ellas e inferir, en consecuencia de eso, cuál es la propiedad física de la otra”.

La consecuencia de esto, es que “tenemos que cambiar la forma en la cual entendemos la naturaleza”, comenta.

Por su lado, Alain Aspect, “realiza un experimento más complicado tecnológicamente, en el cual los medidores no están en la posición de medir desde el inicio del experimento, sino que se genera el estado entrelazado, empieza a extenderse en el espacio y la dirección en la cual se va a medir se modifica en él conforme está ocurriendo la evolución de este estado entrelazado. Cuando se produjo dicho estado, los medidores estaban en una posición diferente, y se ajustaron de tal manera que al momento en el cual se da el ajuste del uso de los aparatos, viajando a la velocidad de la luz, no se consigue mandar información del ajuste de uno de los aparatos al ajuste del otro. Aspect elimina la posibilidad de que no tengan tiempo, digamos, de comunicarse de un aparato al otro para hacer la medición”.

Y por último, Anton Zeilinger, “es la primera persona que transporta exitosamente la información de un sistema de un lugar a otro del laboratorio. Utilizó uno de estos estados entrelazados para que interactúen de manera tal que toda la información de un sistema se pueda replicar en otro, en una locación alejada de la primera. Es hacer teleportación”.

“Entonces la primera aportación es la ejecución del experimento; la segunda, es eliminar la posibilidad de que haya comunicación clásica entre los aparatos y cómo hacer la medición; y por último, el conseguir utilizar esos estados para crear telepatía, para hacer en la práctica un evento de teleportación cuántica en la que lo que se teleporta es la información, es decir, se pasa a otro y obtenemos un sistema con la misma información”, concluye el académico.

(Con información de Gaceta UNAM)