La mecánica cuántica es una de las teorías mejor probadas en la ciencia, y es una de los pocas donde los físicos llegan a hacer experimentos que demuestran que Einstein estaba equivocado.

Eso es lo que un equipo de la Universidad de Griffith y la Universidad de Tokio en Japón hicieron esta semana, que demuestra que un fenómeno raro es real: en el cual, la medición de una partícula en realidad afecta a su ubicación.

Ya en los años 1920 y 1930, Albert Einstein dijo que no podía apoyar esta idea, que él llamó “acción fantasmal a distancia”, en el que una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo y no es hasta que se mide el estado de ese de partícula, que toma una posición definida, aparentemente sin señal transmitida a ella y a una velocidad más rápida que la luz.

Cuando la partícula toma su posición definitiva, los físicos se refieren a esto como que su función de onda colapsa.

El fenómeno se encontraba fuera de la experiencia contemporánea en la física y parecía violar la teoría de la relatividad, que postula que la velocidad de la luz es un límite absoluto de lo rápido que cualquier información puede viajar.

Einstein propuso que la partícula no está en un estado de superposición, o dos lugares a la vez; sino que siempre tiene una “verdadera” ubicación, y la gente simplemente no podía verla.

Usando un solo fotón (partícula de luz), los investigadores australianos y japoneses realizaron un experimento que muestra que la medición de una propiedad de una partícula cuántica en un lugar afectará a lo que se ve en otro lugar.

Es decir, que mostraron que la superposición y el colapso de función de onda son fenómenos reales.

Alice y Bob

El fenómeno se demuestra con un experimento mental en el que se divide un haz de luz, una mitad va a Alice y la otra a Bob.

Alice indica entonces si detecta un fotón y si es así en qué estado se encuentra, puede ser la fase del paquete de ondas que describe el fotón.

Matemáticamente, sin embargo, el fotón se encuentra en un estado de “superposición”, lo que significa que está en dos (o más) lugares a la vez.

Su función de onda, una fórmula matemática que describe la partícula, parece mostrar que el fotón no tiene una posición definida.

“La medición de Alice derrumba la superposición”, lo que significa que los fotones están en un lugar u otro, pero no ambos, indica Howard Wiseman, director del Centro de la Universidad Griffith de Dinámica Cuántica, que dirigió el experimento.

Si Alicia ve un fotón, eso significa que el estado cuántico de la partícula de luz en el laboratorio de Bob colapsa a un supuesto estado de fotón-cero, es decir, sin fotón.

Pero si ella no ve un fotón, la partícula de Bob colapsa a un estado de un-fotón, dijo.

“¿Parece razonable? Espero que no, porque Einstein ciertamente no creía que fuera razonable. Pensó que era una locura”, agregó, refiriéndose al hecho de que la medición de Alice parecía que estaba dictando la de Bob.

La paradoja se resolvió parcialmente años más tarde, cuando los experimentos mostraron que, a pesar de que la interacción entre dos partículas cuánticas ocurre más rápido que la luz (parece instantánea), no hay manera de utilizar este fenómeno para enviar información, por lo que no hay posibilidad de señales más rápidas que la luz.

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El equipo de Griffith, sin embargo, quería ir un paso más allá y mostrar que la función de onda colapsa, el proceso de Alice de “elegir” una medición afecta a la detección de Bob, que sucede realmente.

Y mientras que otros experimentos han demostrado entrelazamiento con dos partículas, el nuevo estudio entrelaza un fotón con sí mismo.

Para ello se dispararon un haz de fotones en un divisor, así que la mitad de la luz se transmite y la otra mitad se refleja.

La luz transmitida fue a un laboratorio y la luz reflejada se fue al otro. (Estos fueron “Alice” y “Bob” del experimento mental.)

La luz se transmite como un solo fotón a la vez, por lo que el fotón se dividió en dos. Antes de medir el fotón, existía en un estado de superposición.

Un laboratorio (Alice) utiliza un láser como referencia, para medir la fase de la fotón.

Si uno piensa en la luz como una onda sinusoidal que se repite, la fase es el ángulo que uno está midiendo, de 0 a 180 grados.

Cuando Alice cambió el ángulo de su láser de referencia,ella obtuvo medidas variantes del fotón: O su fotón se encontraba en una fase determinada o no estaba presente en absoluto.

Entonces el otro laboratorio (o Bob) miró a sus fotones y encontró que los fotones estaban anti-correlacionados con Alice, si ella veía un fotón, él nó y viceversa.

El estado del fotón de Bob dependía de lo que medía Alice.

Pero en la física clásica esto no debería ocurrir; más bien, las dos partículas deberían ser independientes una de la otra.

La computación cuántica

Akira Furusawa, profesor de física aplicada de la Universidad de Tokio y uno de los co-autores en el estudio, dijo que el experimento ayuda a explorar diferentes tipos de procesamiento de información cuántica – y con ello, las comunicaciones y la informática.

“Por lo general, hay dos tipos de procesamiento de información cuántica”, dijo. “Hay la del tipo qubit, el procesamiento de la información digital, y hay la variable continua, una especie de tipo analógico de la información cuántica. Estamos tratando de combinarlas.”

El procesamiento convencional a menudo se basa en contar los fotones, pero este tipo de medición de fotones individuales es más eficiente, dijo.

Wiseman indica que una aplicación está en la seguridad de las comunicaciones.

“Nuestro experimento es una prueba más rigurosa de las propiedades de tales estados que nunca se había hecho antes, en el sentido de que no tenemos que confiar en nada de lo que está pasando en el laboratorio de Alice. Esto podría ser útil para comunicar secretos cuando no todas las partes son de confianza “.

Fuente: Mashable

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