Física de partículas

El Nobel de Física distingue al entrelazamiento cuántico y a la teletransportación cuántica

Premia los trabajos Aspect, Clauser y Zelinger por convertir la mecánica cuántica en aplicaciones revolucionarias

El Nobel de Física distingue al entrelazamiento cuántico y a la teletransportación cuántica
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Eduardo Martínez de la Fe

El premio Nobel de Física 2022 ha distinguido un esfuerzo investigador que se remonta a 1964 y que, explorando los entresijos del entrelazamiento cuántico, ha culminado con la teleportación cuántica y el alumbramiento de los ordenadores cuánticos, las redes cuánticas y la impenetrable comunicación cuántica.

La Real Academia de Ciencias de Suecia ha concedido el Premio Nobel de Física a Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger por sus experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y convirtiéndose en pioneros en la ciencia de la información cuántica. 

Aspect, Clauser y Zelinger han desarrollado sendos experimentos que permitieron demostrar que los fenómenos cuánticos no pueden ser descritos con la física clásica y que, por tanto, van más allá, destaca el Comité Nobel.

Estos hallazgos propiciaron que se empezaran a utilizar las propiedades cuánticas para desarrollar nuevas formas de comunicación y computación. En palabras del comité del Nobel de Física: esto es un Nobel que reconoce el poder de la mecánica cuántica.

El comité Nobel explica que un factor clave en el desarrollo de los ordenadores cuánticos, las redes cuánticas y la comunicación cifrada totalmente segura, es cómo la mecánica cuántica permite que dos o más partículas existan en lo que se llama un estado de entrelazamiento cuántico.

Entrelazamiento desconcertante

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica. Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo.

Durante mucho tiempo, existió la duda de si la correlación entre partículas propia del entrelazamiento se debía a que las partículas entrelazadas contenían variables ocultas, es decir, parámetros desconocidos que serían los responsables de las características estadísticas de la mecánica cuántica.

En 1964, John Stewart Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre: ayuda a marcar una diferencia entre las predicciones que se tienen entre las teorías de variables ocultas locales y la mecánica cuántica.

Según Bell, la violación de su desigualdad matemática apoyaba la mecánica cuántica como origen de esta correlación entre partículas entrelazadas, frente a otras teorías basadas en variables ocultas.

Primeros desarrollos

Bell aseguraba que, bajo ciertas condiciones, las predicciones de la mecánica cuántica son incompatibles con las de cualquier otra teoría basada en variables ocultas locales. Lo más importante de su aportación es que las dudas sobre las variables ocultas empezaron a trasladarse a un laboratorio.

Aquí podemos entender mejor el galardón Nobel otorgado este año a John Clauser, porque lo que hizo fue desarrollar las ideas de John Bell a través de un experimento práctico. Así comprobó que la mecánica cuántica no puede ser reemplazada por una teoría que utilice variables ocultas.

Alain Aspect, reconoce el Comité Nobel, desarrolló la propuesta de Clauser, que había dejado algunas lagunas, y apoya el teorema de Bell, aunque sus resultados no fueron del todo concluyentes. Sus experimentos alumbran aspectos fundamentales del comportamiento de la mecánica cuántica en pares de fotones entrelazados.

En este desarrollo conjunto, aparece en tercer lugar Anton Zeilinger, que perfeccionó una serie de experimentos usando el entrelazamiento cuántico hasta alumbrar un fenómeno llamado teletransportación cuántica, que permite trasladar el estado cuántico de una partícula a otra partícula distante. Estableció la violación de Desigualdades de Bell y consolidó la ciencia de la información cuántica que ha cambiado el horizonte tecnológico.

Nuevas tecnologías cuánticas

Clauser, Aspect y Zellinger lograron llevar a la práctica una versión de la propuesta de Bell. Sus resultados, ampliamente comprobados, confirmaron las predicciones de la mecánica cuántica y desterraron la posibilidad de obtener las mismas predicciones mediante teorías de variables ocultas, explica el CERN.

Lo que destaca de todo este proceso el Comité Nobel es que, gracias a este esfuerzo científico, está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica que trasciende las cuestiones fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica.

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Un debate teórico y experimental que ha unido a Aspect, Clauser y Zeilinger en una trayectoria investigadora cuyos resultados están cambiando tanto el horizonte tecnológico, como la forma que tenemos de entender el mundo.

(Artículo actualizado con nueva información sobre la desigualdad de Bell).