Nueva visión de los límites entre los sistemas clásicos y los cuánticos

La teoría cuántica es uno de los grandes logros de la ciencia del siglo XX, y sin embargo, los físicos han luchado para encontrar un límite claro entre nuestro mundo cotidiano y lo que Albert Einstein llamó las características "fantasmales" del mundo cuántico, incluyendo gatos que pueden estar a la vez vivos y muertos y fotones que pueden comunicarse entre sí instantáneamente a través del espacio.

Durante los últimos 60 años, la mejor guía para esa frontera ha sido un teorema llamado desigualdad de Bell, pero ahora un nuevo estudio muestra que la desigualdad de Bell no es el hito que se creía que era, lo que significa que a medida que el mundo de la computación cuántica trae la extrañeza cuántica más cerca de nuestra vida cotidiana, entendemos las fronteras de ese mundo peor de lo que creían los científicos.

En el nuevo estudio, publicado en la revista Optica, los investigadores de la Universidad de Rochester (Nueva York, EE.UU.) muestran que un rayo clásico de luz del que se esperaría que obedeciera a la desigualdad de Bell puede fallar en esta prueba de laboratorio, si el haz está adecuadamente preparado para tener una característica particular: el entrelazamiento.

No sólo la prueba de Bell no sirve para definir el límite, sino que los nuevos hallazgos no llevan los límites más profundamente en el reino cuántico, sino que hacen todo lo contrario: Muestran que algunas de las características del mundo real deben compartir un ingrediente clave del dominio cuántico.

Este ingrediente clave se denomina entrelazamiento, exactamente la característica de la física cuántica que Einstein etiquetaba como fantasmal. Según Joseph Eberly, profesor de física y uno de los autores del artículo, lo que parece ahora es que la prueba de Bell sólo distingue los sistemas que se enredan o entrelazan de los que no lo son. No distingue si son "clásicos" o cuánticos.

En el próximo artículo los investigadores explican cómo el entrelazamiento se puede encontrar en algo tan común como un rayo de luz.

Hacen falta dos

Eberly explica en la nota de prensa de la universidad que "se necesitan dos para enredar". Por ejemplo, piense en dos manos aplaudiendo a ritmo. De lo que puede estar seguro es de que cuando la mano derecha se mueve hacia la derecha, la mano izquierda se mueve hacia la izquierda, y viceversa.

Pero si se le pide que adivine sin escuchar o mirar si en algún momento la mano derecha se mueve hacia la derecha, o tal vez a la izquierda, no lo sabría. Pero a pesar de ello sabría que cualquier cosa que hiciera la mano derecha en ese momento, la mano izquierda estaría haciendo lo contrario. La capacidad de saber con certeza acerca de una propiedad común sin saber nada con certeza acerca de una propiedad individual es la esencia del entrelazamiento perfecto.

Eberly agrega que muchos piensan en el entrelazamiento como una característica cuántica porque "Schrodinger acuñó el término para referirse a su famoso escenario del gato." Pero su experimento muestra que algunas de las características del mundo "real" deben compartir un ingrediente clave con el dominio del gato de Schrodinger: los enredos.

La existencia del enredo clásico se señaló en 1980, pero Eberly explica que no pareció un concepto muy interesante, por lo que no fue explorado. A diferencia de entrelazamiento cuántico, el enredo clásico ocurre dentro de un mismo sistema. El efecto es todo local: no hay acción a distancia, no hay "fantasmalidad".

Con este resultado, Eberly y sus colegas han demostrado experimentalmente "que la frontera no está donde se cree generalmente, y, además, que las desigualdades de Bell ya no deberían utilizarse para definir el límite" entre lo clásico y lo cuántico.

Referencia bibliográfica:

Xiao-Feng Qian, Bethany Little, John C. Howell, J. H. Eberly: Shifting the quantum-classical boundary: theory and experiment for statistically classical optical fields. Optica (2015). DOI: 10.1364/OPTICA.2.000611.