El entrelazamiento cuántico es cosa de tres

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.

Mientras están entrelazadas, el comportamiento de las partículas está ligado entre sí. Si se encuentra una partícula girando en una dirección, por ejemplo, entonces la otra partícula cambia instantáneamente su giro para alinearse con ella, siguiendo el comportamiento propio del entrelazamiento cuántico.

Esta interacción en tiempo real de partículas separadas por largas distancias se conoce como no localidad y provoca que las mediciones de las propiedades observadas en una de las partículas, por ejemplo los fotones, están estrechamente relacionadas con las mediciones realizadas en el otro fotón.

El pasado julio, científicos británicos obtuvieron la primera foto del entrelazamiento cuántico, confirmando que es una propiedad fantasmal de la naturaleza. También se ha comprobado el entrelazamiento en sistemas biológicos.

El año pasado, tal como informamos en otro artículo, investigadores finlandeses descubrieron que el entrelazamiento cuántico funciona a escala de objetos masivos y no sólo a nivel de átomos, fotones y electrones.

Ménage à trois

Una nueva investigación desarrollada en la Universidad de Ginebra ha descubierto que el entrelazamiento cuántico puede extenderse a tres pares de fotones y no implicar únicamente a dos partículas de luz, tal como se ha pensado hasta ahora.

Estos investigadores usaron tres parejas de fotones que habían estado entrelazados y que se habían separado, pero que replicaban en tiempo real el más mínimo cambio operado en su antigua pareja.

Lo que hicieron fue algo sorprendente: “diseñamos un experimento con tres pares de fotones que luego se separaron y dispersaron en tres puntos formando un triángulo", explica Marc-Olivier Renou, uno de los investigadores, en un comunicado.

En cada vértice del triángulo, había así dos fotones procesando juntos la información. Cada uno de ellos seguía entrelazado con su correspondiente pareja, situada a su vez en otro vértice del mismo triángulo.

A continuación los investigadores cambiaron las reglas del juego: forzaron a cada fotón a entrelazarse de nuevo, no con su antigua pareja, sino con el fotón que tenían al lado en el mismo vértice.

Y ocurrió algo inesperado: el entrelazamiento surgió de nuevo no solo con el fotón vecino, sino involucrando también a la antigua pareja del fotón que compartía vértice del triángulo. Tres fotones surgieron así implicados en el mismo entrelazamiento.

Eso significa que, cuando tres pares de fotones comparten una misma red, es posible entrelazarlos entre sí y crear nuevas correlaciones cuánticas súper potentes. Los resultados se publican en Physical Review Letters.

No localidad tripartita

"La no localidad cuántica fue descubierta teóricamente por John Stewart Bell en 1964", añade Nicolas Brunner, otro de los investigadores,  y demostró que las correlaciones de fotones son exclusivamente de naturaleza cuántica y, por lo tanto, no pueden explicarse por la física convencional".

Esta no localidad se ha repetido en el experimento teórico de los tres pares de fotones: “las estadísticas resultantes de nuestras mediciones no pueden explicarse por una teoría física local. Además, estas estadísticas están tan fuertemente correlacionadas que podrían representar una nueva forma de correlaciones cuánticas”, añade Brunner.

Y enfatiza: "Nuestro descubrimiento podría convertirse en una nueva versión del Teorema de Bell, específica de las redes cuánticas".

Este importante descubrimiento teórico subraya el poder de las correlaciones cuánticas en las redes, que supera con creces lo que los investigadores imaginaron antes de su experimento. El siguiente paso será observar estos fenómenos en el laboratorio, señalan los investigadores.

"No será un juego de niños, porque la realización de esa experiencia sigue siendo extremadamente difícil por el momento", concluye por su parte Nicolas Gisin, otro de los investigadores y protagonista en 2005 de la primera teleportación cuántica a larga distancia, tal como informamos en otro artículo.

Referencia

Genuine Quantum Nonlocality in the Triangle Network. Marc-Olivier Renou et al. Phys. Rev. Lett. 123, 140401. 30 September 2019. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.140401