¿Qué es el enredo cuántico?? Todo sobre esta peculiaridad de la física ‘espeluznante’

¿Qué es el enredo cuántico?? Todo sobre esta peculiaridad de la física ‘espeluznante’

El enredo cuántico parece romper las reglas fundamentales de la física, pero también sustenta muchas tecnologías importantes.

Resúmenes de zarcillos y partículas de fondo.

Si sabes algo sobre mecánica cuántica, hay una buena posibilidad de que hayas oído hablar del enredo cuántico. Esta característica de la mecánica cuántica es uno de los descubrimientos más extraordinarios del siglo XX y es una de las vías de investigación más prometedoras para tecnologías avanzadas en comunicaciones, informática y más.

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Pero, ¿qué es el enredo cuántico y por qué es tan importante?? ¿Por qué asustó a Albert Einstein?? ¿Y por qué parece violar una de las leyes más importantes de la física??

¿Qué es el enredo cuántico en términos simples??

Cada vez que discutas la mecánica cuántica, las cosas se complicarán y el enredo cuántico no es diferente.

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Lo primero que debe entender es que las partículas existen en un estado de «superposición» hasta que se observan. En una demostración muy común, las partículas cuánticas utilizadas como qubits en una computadora cuántica son 0 y 1 al mismo tiempo hasta que se observan, por lo que parecen convertirse aleatoriamente en 0 o 1.

Ahora, en términos simples, el enredo cuántico es cuando se producen o interactúan dos partículas de tal manera que las propiedades clave de esas partículas no pueden describirse independientemente una de la otra.

Por ejemplo, si se generan dos fotones y se enredan, una partícula puede tener un giro en sentido horario en un eje para que el otro necesariamente tenga un giro en sentido antihorario en ese mismo eje.

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En sí mismo, esto no es tan radical. Pero debido a que las partículas en la mecánica cuántica también pueden describirse como funciones de onda, se dice que el acto de medir el giro de una partícula «colapsa» su función de onda para producir esa propiedad medible (como pasar de 0 y 1 a solo 0 o solo 1).

Sin embargo, cuando haces esto a partículas enredadas, llegamos a la parte realmente increíble del enredo cuántico. Cuando mide una partícula enredada para determinar su giro a lo largo de algún eje y colapsar su función de onda, la otra partícula también se derrumba para producir la propiedad medible del giro, aunque no observó la otra partícula.

Si un par de partículas enredadas son 0 y 1, y usted mide una partícula como 0, la otra partícula enredada se colapsa automáticamente para producir un 1, completamente solo y sin ninguna interacción del observador.

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Esto parece suceder instantáneamente e independientemente de su distancia entre sí, lo que originalmente llevó a la conclusión paradójica de que la información sobre el giro de la partícula medida se transmite de alguna manera a su compañero enredado más rápido que incluso la velocidad de la luz.

Es Quantum Entanglement Real?

No solo el enredo cuántico es real, sino que también es un componente importante de tecnologías emergentes como la computación cuántica y las comunicaciones cuánticas.

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En computación cuántica, ¿cómo puede operar en qubits en un procesador cuántico sin observarlos y, por lo tanto, colapsar en bits digitales antiguos y simples?? ¿Cómo detecta errores sin mirar los qubits y destruir todo el mecanismo que hace que la computación cuántica sea tan poderosa??

El enredo cuántico de varias partículas seguidas es vital para poner suficiente distancia entre los qubits y el mundo exterior para mantener los qubits vitales en superposición el tiempo suficiente para que puedan realizar cálculos.

Las comunicaciones cuánticas son otra área de investigación que espera aprovechar el enredo cuántico para facilitar la comunicación, aunque no significa que sea más rápido que la comunicación de la luz en el horizonte (de hecho, tal tecnología es probablemente imposible).

Son todas las partículas enredadas?

Hasta cierto punto, sí.

Cuando la mayoría de las personas discuten el enredo cuántico, usan un ejemplo de dos partículas enredadas que se comportan de cierta manera para demostrar el fenómeno, pero esto es en gran medida una simplificación de un sistema cuántico increíblemente complejo.

La realidad es que una partícula dada puede enredarse con muchas partículas diferentes en diversos grados, no solo el estado «máximamente enredado» donde dos partículas están una a una correlacionadas entre sí y solo entre sí.

Esta es la razón por la cual medir una parte de un par enredado no garantiza automáticamente que conocerá el estado de la otra partícula en aplicaciones del mundo real, ya que esa otra partícula también tiene otros enredos que mantiene. Sin embargo, le da una mejor oportunidad que la aleatoria de conocer el estado de la otra partícula.

Quién descubrió el enredo cuántico?

El enredo cuántico, o al menos los principios que describen el fenómeno, fue propuesto por primera vez por Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen en un artículo de 1935 en la revista Physical Review titulado «Puede considerarse la descripción cuántica-mecánica de la realidad física completo.»En él, Einstein, Podolsky y Rosen discutieron que una correlación especialmente fuerte de los estados cuánticos entre partículas puede llevar a que tengan un solo estado cuántico unificado.

También determinaron que este estado unificado puede resultar en la medición de una partícula fuertemente correlacionada que tiene un efecto directo sobre la otra partícula fuertemente correlacionada sin tener en cuenta la distancia entre las dos partículas.

El propósito del artículo Einstein-Podolsky-Rosen no era anunciar el «descubrimiento» del enredo cuántico, per se, sino más bien describir este fenómeno que se había observado y discutido y argumentar que debe haber un componente faltante de mecánica cuántica que aún no se ha descubierto.

Dado que el fuerte fenómeno de correlación que describieron violó las leyes establecidas en la relatividad de Einstein y parecía paradójico, el periódico argumentó que debe haber algo más que faltaban los físicos que colocaría adecuadamente el reino cuántico bajo el paraguas de la relatividad. Ese «algo más» todavía no se ha encontrado casi un siglo después.

El primer uso de la palabra «enredo» para describir este fenómeno pertenece a Erwin Schrödinger, quien lo reconoció como una de las características más fundamentales de la mecánica cuántica y argumentó que no era un misterio que pronto se resolvería bajo relatividad, sino más bien una fuerte ruptura de la física clásica por completo.

¿Qué dijo Einstein sobre el enredo cuántico??

Famoso, Einstein describió el enredo cuántico como «acción espeluznante a distancia», pero en realidad lo describió como algo más que una extraña peculiaridad de partículas fantasmales con conocimiento instantáneo mutuo.

Einstein realmente vio el enredo cuántico como una paradoja matemática, una contradicción inherente en la lógica matemática que muestra que algo sobre los argumentos que se están haciendo debe estar mal.

En el caso de la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, como se llamó, los argumentos son que las reglas fundamentales de la mecánica cuántica son completamente conocidas y que la relatividad general es válida. Si la relatividad general es válida, nada en el universo puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, que se mueve a 186,000 millas por segundo.

Si la mecánica cuántica se entendiera completamente, entonces las reglas que rigen la fuerte correlación entre partículas se completan y nuestras observaciones nos dicen todo lo que necesitamos saber.

Dado que las partículas cuánticas son «del universo», deben regirse por la velocidad de la luz como todo lo demás, pero el enredo cuántico no solo parece compartir instantáneamente información entre partículas que teóricamente podrían estar en extremos opuestos del universo. Aún más extraño, esta información podría incluso viajar de un lado a otro a través del tiempo.

El enredo cuántico a través del tiempo tendría todo tipo de implicaciones para la naturaleza de la causalidad, que es una ley de física tan fundamental como parece. No funciona al revés, los efectos no pueden preceder a su causa, pero algunos científicos piensan que esas reglas podrían no aplicarse al reino cuántico más de lo que lo haría la velocidad de la luz.

Este último punto todavía es mayormente especulativo, pero tiene alguna base experimental, y solo complica aún más la paradoja que Einstein, Podolsky y Rosen propusieron en su artículo de 1935.

¿Por qué es importante el enredo cuántico??

El enredo cuántico es importante por dos razones principales.

Primero, el enredo cuántico es un mecanismo tan fundamental del mundo cuántico, a la vez que es uno con el que podemos interactuar e influir directamente. Puede proporcionar una forma clave de aprovechar algunas de las propiedades más fundamentales del universo para avanzar nuestra tecnología a nuevas alturas.

Sabemos cómo enredar partículas y hacerlo regularmente tanto en laboratorios como en aplicaciones del mundo real como las computadoras cuánticas. Las computadoras cuánticas en particular demuestran el potencial de la mecánica cuántica en la tecnología moderna, y el enredo cuántico es la mejor herramienta que tenemos para aprovechar la mecánica cuántica de esta manera.

La otra razón importante por la cual el enredo cuántico es importante es que es una señal que apunta hacia algo verdaderamente fundamental sobre nuestro universo. Es una demostración tan clara como puede ser que el mundo cuántico es casi una forma más pura del universo que la que podemos ver y que obedece a las leyes que podemos explicar.

Si todo el universo es un escenario y la materia son los actores, entonces el enredo cuántico, y la mecánica cuántica en general, pueden ser los aparejos que levantan las cortinas, los interruptores que encienden y apagan las luces, o incluso los disfraces que usan los actores.

Si vemos una obra de teatro, hay dos formas de apreciarla. Puedes ver más allá del teatro y las piezas del set para apreciar la historia que transmite la obra, o puedes apreciar la calidad de la actuación, la puesta en escena y la ejecución.

Es posible que vea dos cosas muy diferentes al ver exactamente el mismo rendimiento, y la mecánica cuántica parece darnos una forma diferente de ver el mismo universo que siempre hemos visto, y el enredo cuántico puede ser la clave que nos lleva al backstage.

FUENTE

Para entender mejor este fascinante fenómeno, te invitamos a ver el siguiente video que explora en detalle qué es el enredo cuántico y por qué se considera una de las peculiaridades más intrigantes de la física.

 

1 comentario en «¿Qué es el enredo cuántico?? Todo sobre esta peculiaridad de la física ‘espeluznante’»

  1. Es conveniente cuantificar la Mecánica Cuantica y el enredo cuántico primero y aceptar la Superposición y la Incoherencia, que son ambas necesarias, en el sentido que las partícula y las ondas coexisten, con la diferencia que las partículas no siempre existen en el vacío del Universo, en cambio las ondas están siempre presentes en el Universo, aunque sea en un nivel energético muy bajo. Por eso es imperativo aceptar la superposición y la incoherencia pues puede ser energía de una partícula o energía de una onda, una ves se ve una y otra ves se ve la otra,(Schrodinger), pero ambas necesitan esa incoherencia en el Universo.
    Si queremos entenderlo mejor, hay que comenzar primero con la cuántica mecánica y de allí emerger a las Teorías de Einstein, la física clásica, su determinismo y la ecuación de Einstein de la Teoría General de la Relatividad. Einstein fue el primero en descubrir el Enredo Cuántico pero la falta del determinismo no le permitía aprobarlo. No se puede entender tratando de entenderlo de la Física Clásica hacia la Cuántica Mecánica. Para entenderlo se debe invertir la lógica, empezando por la mecánica cuántica, donde conviven partículas, que No siempre están en el espacio vacío del universo y las Ondas, que siempre están en los espacios vacíos del Universo. Por eso la importancia de la Superposición (la incoherencia) de ambas y de allí llegar finalmente a Física Clásica, a las Teoría General de Relatividad y sus ecuaciones de Einstein sobre la gravedad y las curvaturas del Universo, la velocidad de la luz, entre otras muchas.

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