Confirman el entrelazamiento cuántico gracias a la luz de una estrella

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno que suena a ciencia ficción en la medida en que contradice a nuestra manera de entender y vivir la realidad. Pero de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, el entrelazamiento cuántico es un fenómeno muy real.

Imaginemos dos granos de polvo situados en dos extremos del universo separados entre sí por miles de millones de años luz. La física cuántica predice que, independientemente de la distancia que separa a estas dos partículas, pueden estar entrelazadas.

El entrelazamiento cuántico significa que cualquier medición realizada en la primera partícula proporciona información sobre el resultado de la medición de la segunda partícula. En este caso, los resultados de la medición de cada partícula están profundamente interrelacionados.

Pero si el universo se comporta tal como suponía Einstein, estableciendo que las partículas elementales poseen propiedades intrínsecas independientes de la medición y que sólo sufren efectos locales originados por causas locales, entonces debe existir un límite en la distancia que separa a las dos partículas entrelazadas para que se produzca el fenómeno conocido como entrelazamiento cuántico. El físico John Bell cuantificó este límite superior, llamado ahora “desigualdad de Bell”, hace más de 50 años.

En diversos experimentos realizados hasta ahora, los físicos han observado sin embargo correlaciones entre partículas elementales más allá del límite establecido por la desigualdad de Bell, lo que sugiere que efectivamente están entrelazadas cuánticamente, tal como predice la teoría cuántica. Sin embargo, estas pruebas tienen varios defectos que indican que las observaciones pueden explicarse en un mundo que no se rige por la mecánica cuántica.

Sólida demostración del entrelazamiento

Ahora, una nueva investigación internacional dirigida por David Kaiser, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, en la que han participado físicos de la Universidad de Viena en Austria, y de otras entidades, han resuelto un fallo en uno de los test de la desigualdad de Bell, conocido como libertad de elección (Freedom-of-Choice Loophole). Al resolver este fallo, han conseguido una sólida demostración del entrelazamiento cuántico, según se informa en un comunicado. Los resultados se han publicado en la revista  Physical Review Letters.

El fallo en el test conocido como libertad de elección se refiere a la idea de que el experimentador tiene total libertad para definir su experimento, por ejemplo, el tipo de partícula a entrelazar cuánticamente, o también el tipo de mediciones que quiere realizar sobre esas partículas.

Pero la cuestión es averiguar si existen causas desconocidas que expliquen el resultado del entrelazamiento, que no tuvieran nada que ver con un mecanismo cuántico.

Para descartar explicaciones no cuánticas del entrelazamiento, los físicos han realizado diversos experimentos muy controlados en laboratorio, sin poder despejar completamente la posibilidad de una explicación no cuántica del entrelazamiento.

Pero desde 2014, este equipo de físicos ha dado un giro a estos experimentos utilizando fotones procedentes de fuentes astronómicas, como estrellas o cuásares, para evitar variables ocultas en la explicación del entrelazamiento basándose en el siguiente razonamiento: si existen variables ocultas que interfieren en las mediciones, esas variables tendrían que haber funcionado antes de que la luz dejara la fuente cósmica, es decir, mucho antes de que el experimento se desarrolle en el laboratorio.

En esta nueva investigación, los físicos han demostrado experimentalmente por primera vez su teoría de que el entrelazamiento es de origen cuántico. En dos experimentos, los investigadores midieron 100.000 parejas de fotones entrelazados cuánticamente, incluidos fotones generados por una estrella situada a 600 años luz de distancia, y descubrieron que las mediciones de las parejas de fotones estaban correlacionadas muy por encima del límite establecido por la desigualdad de Bell.

De esta forma concluyen que el entrelazamiento no puede explicarse mediante ningún escenario tradicional, pero sí mediante la mecánica cuántica. Nuestras respuestas son muy coherentes con la mecánica cuántica y totalmente ajenas a las predicciones de Einstein, señala Kaiser.

El razonamiento es muy simple: para mantener una explicación no cuántica del entrelazamiento del experimento actual, tendría que haber existido un mecanismo creado hace 600 años en el espacio exterior que pudiera interferir con la medición actual. “Creo que esa posibilidad se puede descartar con toda probabilidad”, concluye Kaiser.

Referencia

Cosmic Bell Test: Measurement Settings from Milky Way Stars. Phys. Rev. Lett. 118, 060401 – Published 7 February 2017. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.060401