Descubren asombrosa conectividad cuántica y ya tiene su animal asociado, la paloma cuántica

Recientemente los físicos del Instituto de la Universidad Chapman de Estudios cuánticos introdujeron el gato cuántico Cheshire. Ahora han introducido otro animal cuántico: la paloma cuántica, por un nuevo tipo de conectividad cuántica entre partículas que trasciende limitaciones previas. Esta conectividad está sucediendo todo el tiempo en una escala cósmica mucho más grande.
En el siglo 20, dos revoluciones en física sacudieron al mundo. Una de ellas era la relatividad, descubierta por Einstein. Reveló que el espacio-tiempo no es lo que experimentamos en la vida cotidiana. Por ejemplo, si se viaja cerca de la velocidad de la luz, entonces usted va a envejecer más lentamente que alguien que se queda en la Tierra.

La segunda revolución fue la teoría cuántica, la teoría microscópica de las partículas, como los electrones, átomos o fotones. La teoría cuántica demostró que la naturaleza no es determinista. Después de un siglo de pruebas cuidadosas, la mayoría de los físicos creen que lo “azaroso” o “caprichoso” del mundo microscópico es fundamental.

Uno de los aspectos más exóticos de la naturaleza es la no-localidad cuántica que fue descubierta por primera vez hace más de cuatro décadas. Se la conoce como “el descubrimiento más profundo de la ciencia.”

Hay diferentes tipos de no-localidad que la mecánica cuántica mostró no podría existir en la física clásica. En física clásica para una partícula experimentar una fuerza, debe estar en el mismo lugar donde la fuerza se encuentra. En mecánica cuántica se puede tener una fuerza en un lugar, mientras que la partícula se mueve en otro. Sin embargo, la partícula todavía sentirá esta fuerza. Esto se llama el efecto Aharonov-Bohm.

Hay otro tipo de no-localidad que tiene que ver con la relación entre dos partículas que solían estar juntas en el pasado y, posteriormente, fueron separadas a una distancia grande. Incluso después de que están muy separadas, parecían mantener un extraño tipo de conexión, lo que Einstein llamó “acción fantasmal a distancia”.

Sin embargo, estos tipos de conexiones sorprendentes tenían muchas limitaciones. Por ejemplo, las partículas tenían que estar originalmente una junto a la otra y sólo un número relativamente pequeño de partículas en el universo podrían estar conectadas entre sí a la vez.

Mientras que lo anterior ya era suficientemente notable, ahora parece que esto era sólo una parte de la historia como se demuestra en un trabajo reciente de un equipo del Instituto de Estudios Cuánticos en la Universidad de Chapman. Introdujeron un nuevo tipo de conectividad cuántica entre partículas que trasciende estas limitaciones. Esta conectividad está sucediendo todo el tiempo en una escala cósmica mucho más grande.

“Con el nuevo tipo de vínculos cuánticos que hemos introducido, las partículas no tienen que interactuar en el pasado. De hecho, no tienen idea de que la otra partícula existiese”, dijo Jeff Tollaksen, Director del Instituto de Estudios Cuánticos en la Universidad de Chapman.

“Este es un avance sorprendente”, dijo el físico Paul Davies de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe. “Es notable que aún es posible descubrir algo fundamentalmente nuevo sobre la mecánica cuántica, que ha existido por casi 100 años. Aquí vemos un  conjunto más complejo y más rico de correlaciones de largo alcance que nadie sabía que existía antes”.

Este avance sólo puede ser visto utilizando otro avance introducido igualmente por Aharonov sobre la naturaleza del tiempo. Nuestra experiencia humana del tiempo es que tiene una dirección determinada: Nacemos y luego nos hacemos mayores, no al revés. Pero incluso con esta experiencia, ya estamos haciendo suposiciones sobre la naturaleza del tiempo a escala microscópica: el pasado que no está aquí, un presente que ya está aquí y el futuro que será aquí más tarde.

Aharonov encontró que la naturaleza gana algo muy hermoso y excitante con este indeterminismo: el presente no sólo se ve afectado por el pasado, sino que también se ve afectado por el futuro.
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Es decir, el futuro (también conocido como post-selección) puede volver al presente (como en la película “Regreso al futuro”).

Así que la mecánica cuántica no escoge una flecha del tiempo, funciona igual de bien desde el pasado al futuro como del futuro al pasado. El mundo cuántico vincula el futuro con el pasado de maneras sutiles y significativas; y en dramático contraste con todo lo conocido previamente sobre el tiempo.

A primera vista, se podría pensar que se podrían construir máquinas del tiempo con esta nueva física. Si pudiéramos tener tales máquinas del tiempo, entonces cuando nos llevan atrás en el tiempo, habría una paradoja: si alguien se remonta en el tiempo en una máquina del tiempo y mata a su abuelo, entonces nunca nacería ese individuo. Si nunca nace esa persona, ¿cómo puede volver y matar a su abuelo? Esta es la paradoja que se produce cuando se dice que se le permite volver del futuro y afectar el pasado o el presente.

En contraste, las teorías Aharonov (y otros) no permiten este tipo de paradojas. La mecánica cuántica tiene sólo el tipo de incertidumbres correcto de modo que cuando uno hace experimentos en el presente, siempre hay algo de ruido posible en el resultado de este experimento, algunos posibles errores debido al ruido en las incertidumbres cuánticas del dispositivo de medición.

Todo el mundo sabe que si su única herramienta es un martillo, entonces se tiende a tratar todo como si fuera un clavo. Y las mediciones “tipo martillo” que se hacen en el momento presente no son útiles para determinar la relevancia de un futuro en el presente. Pero un mundo nuevo se abre cuando se realizan mediciones sutiles. Por ejemplo, en cierto sentido, las partículas de todo el mundo ahora están más conectadas de lo que se pensaba.

“Parece que es imposible”, dice Tollaksen. “Pero es una consecuencia directa de la mecánica cuántica” y, añade, “Realmente tiene inmensas implicaciones.”

Para respaldar tales afirmaciones extraordinarias, el equipo de la Universidad de Chapman ha introducido una serie de nuevas paradojas que son consecuencias de este nuevo tipo de conectividad, para que puedan ser verificadas experimentalmente.

Ellos han llamado a la primera la “paradoja casillero cuántico.” El principio clásico del casillero afirma: “Si pones tres palomas en dos casilleros al menos dos de las palomas terminan en el mismo agujero.” Este es un principio obvio pero fundamental de la naturaleza, ya que capta la esencia misma de contar.

Sin embargo, el equipo de Chapman demostró que era falso en la mecánica cuántica: “Usted puede poner un número infinito de palomas en dos cajas, y no habrá dos palomas en la misma caja,” dice Tollaksen.

“Los nuevos resultados parecen fascinantes,” dijo Leonard Susskind de la Universidad de Stanford. “Me imagino que el nuevo efecto es un paso serio en la comprensión de las correlaciones cuánticas”.

Fuente: Science Daily