Dos jugadores aprovechan las reglas cuánticas para lograr una conexión aparentemente telepática
ADRIÁN CHO / SCIENCE
La Luna no está necesariamente ahí si no la miras. Eso dice la mecánica cuántica, que establece que lo que existe depende de lo que mides. Demostrar que la realidad es así generalmente implica la comparación de probabilidades arcanas, pero los físicos en China han dejado el punto de una manera más clara. Realizaron un juego de correspondencias en el que dos jugadores aprovechan los efectos cuánticos para ganar cada vez, lo que no pueden hacer si las mediciones simplemente revelan la realidad tal como ya existe.
“Hasta donde yo sé, este es el [escenario] más simple en el que esto sucede”, dice Adan Cabello, físico teórico de la Universidad de Sevilla que explicó el juego en 2001. Tal pseudotelepatía cuántica depende de las correlaciones entre partículas que solo existen en el reino cuántico, dice Anne Broadbent, científica de información cuántica de la Universidad de Ottawa. “Estamos observando algo que no tiene un equivalente clásico”.
Una partícula cuántica puede existir en dos condiciones mutuamente excluyentes a la vez. Por ejemplo, un fotón se puede polarizar para que el campo eléctrico en él se mueva verticalmente, horizontalmente o en ambos sentidos al mismo tiempo, al menos hasta que se mide. El estado bidireccional luego colapsa aleatoriamente a vertical u horizontal. De manera crucial, no importa cómo colapse el estado bidireccional, un observador no puede asumir que la medición simplemente revela cómo el fotón ya estaba polarizado. La polarización emerge sólo con la medición.
Eso último irritó a Albert Einstein, quien pensó que algo como la polarización de un fotón debería tener un valor independiente de si se mide o no. Sugirió que las partículas podrían llevar “variables ocultas” que determinan cómo colapsará un estado bidireccional. Sin embargo, en 1964, el teórico británico John Bell encontró una manera de demostrar experimentalmente que tales variables ocultas no pueden existir mediante la explotación de un fenómeno conocido como entrelazamiento.
Se pueden entrelazar dos fotones de modo que cada uno se encuentre en un estado bidireccional incierto, pero sus polarizaciones están correlacionadas de modo que si uno es horizontal el otro debe ser vertical y viceversa. Sondear el enredo es complicado. Para hacerlo, Alice y Bob deben tener cada uno un aparato de medición. Esos dispositivos se pueden orientar de forma independiente, por lo que Alice puede probar si su fotón está polarizado horizontal o verticalmente, mientras que Bob puede inclinar su detector en un ángulo. La orientación relativa de los detectores afecta cuánto se correlacionan sus mediciones.
Bell imaginó a Alice y Bob orientando sus detectores aleatoriamente sobre muchas mediciones y luego comparando los resultados. Si las variables ocultas determinan la polarización de un fotón, las correlaciones entre las medidas de Alice y Bob pueden ser limitadas. Pero, argumentó, la teoría cuántica les permite ser más fuertes. Muchos experimentos han visto esas correlaciones más fuertes y han descartado variables ocultas , aunque solo estadísticamente en muchos ensayos.
Ahora, Xi-Lin Wang y Hui-Tian Wang, físicos de la Universidad de Nanjing, y sus colegas han dejado el punto más claro a través del juego Mermin-Peres. En cada ronda del juego, Alice y Bob comparten no uno, sino dos pares de fotones entrelazados sobre los que pueden realizar las mediciones que deseen. Cada jugador también tiene una cuadrícula de tres por tres y llena cada casilla con un 1 o un -1 dependiendo del resultado de esas medidas. En cada ronda, un árbitro selecciona al azar una de las filas de Alice y una de las columnas de Bob, que se superponen en un cuadrado. Si Alice y Bob tienen el mismo número en ese cuadrado, ganan la ronda.
Suena fácil: Alice y Bob ponen 1 en cada cuadro para garantizar una victoria. No tan rapido. Las reglas adicionales de “paridad” requieren que todas las entradas en la fila de Alice se multipliquen por 1 y las que se encuentran debajo de la columna de Bob se multipliquen por -1.
Si las variables ocultas predeterminan los resultados de las mediciones, Alice y Bob no pueden ganar todas las rondas. Cada posible conjunto de valores para las variables ocultas especifica efectivamente una cuadrícula ya completada con -1 y 1. Los resultados de las mediciones reales solo le dicen a Alice cuál elegir. Lo mismo ocurre con Bob. Pero, como se muestra fácilmente con lápiz y papel, ninguna cuadrícula puede satisfacer las reglas de paridad de Alicia y Bob. Por lo tanto, sus cuadrículas deben estar en desacuerdo en al menos un cuadrado y, en promedio, pueden ganar como máximo ocho de las nueve rondas.
La mecánica cuántica les permite ganar siempre. Para hacer eso, deben usar un conjunto de medidas ideadas en 1990 por David Mermin, un teórico de la Universidad de Cornell, y Asher Peres, un antiguo teórico del Instituto de Tecnología de Israel. Alice toma las medidas asociadas con los cuadrados en la fila especificada por el árbitro, y Bob, las de los cuadrados en la columna especificada. El enredo garantiza que coincidan en el número del cuadrado clave y que sus medidas también obedezcan las reglas de paridad. Todo el esquema funciona porque los valores surgen solo a medida que se realizan las mediciones. El resto de la cuadrícula es irrelevante, ya que no existen valores para las mediciones que Alice y Bob nunca realizan.
Generar dos pares de fotones entrelazados simultáneamente no es práctico, dice Xi-Lin Wang. Entonces, en cambio, los experimentadores usaron un solo par de fotones que están entrelazados de dos maneras: a través de la polarización y el llamado momento angular orbital, que determina si un fotón en forma de onda gira hacia la derecha o hacia la izquierda. El experimento no es perfecto, pero Alice y Bob ganaron el 93,84% de 1.075.930 rondas, superando el máximo del 88,89% con variables ocultas , informa el equipo en un estudio publicado en Physical Review Letters .
Otros han demostrado la misma física, dice Cabello, pero Xi-Lin Wang y sus colegas “usan exactamente el lenguaje del juego, lo cual es bueno”. La demostración podría tener aplicaciones prácticas, dice.
Broadbent tiene en mente un uso en el mundo real: verificar el trabajo de una computadora cuántica. Esa tarea es esencial pero difícil porque se supone que una computadora cuántica debe hacer cosas que una computadora ordinaria no puede. Sin embargo, dice Broadbent, si el juego estuviera entretejido en un programa, monitorearlo podría confirmar que la computadora cuántica está manipulando los estados entrelazados como debería.
Xi-Lin Wang dice que el experimento estaba destinado principalmente a mostrar el potencial de la tecnología favorita del equipo: los fotones se entrelazan tanto en la polarización como en el momento angular. “Queremos mejorar la calidad de estos fotones hiperentrelazados”.
Fuente: https://www.science.org/content/article/reality-doesn-t-exist-until-you-measure-it-quantum-parlor-trick-confirms