El entrelazamiento cuántico puede parecer más cercano a la ciencia ficción que cualquier otra cosa en nuestra realidad física. Pero de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, una rama de la física que describe el mundo a escala de átomos y partículas subatómicas, el entrelazamiento cuántico,que Einstein alguna vez vio con escepticismo como "acción espeluznante a distancia", es, de hecho, real.
Imagine dos motas de polvo en extremos opuestos del universo, separados por varios miles de millones de años luz. La teoría cuántica predice que, independientemente de la gran distancia que las separe, estas dos partículas pueden enredarse. Es decir, cualquier medición realizada en unatransmitir instantáneamente información sobre el resultado de una medición futura en su socio. En ese caso, los resultados de las mediciones en cada miembro de la pareja pueden volverse altamente correlacionados.
Si, en cambio, el universo se comporta como Einstein imaginó que debería, con partículas que tienen sus propias propiedades definidas antes de la medición, y con causas locales que solo pueden producir efectos locales, entonces debería haber un límite superior para el gradocon el que las mediciones de cada miembro del par de partículas podrían correlacionarse. El físico John Bell cuantificó ese límite superior, ahora conocido como "desigualdad de Bell", hace más de 50 años.
En numerosos experimentos previos, los físicos han observado correlaciones entre partículas que superan el límite establecido por la desigualdad de Bell, lo que sugiere que, de hecho, están entrelazadas, tal como lo predice la teoría cuántica. Pero cada una de estas pruebas ha estado sujeta a varias "lagunas,"Escenarios que podrían explicar las correlaciones observadas incluso si el mundo no estuviera gobernado por la mecánica cuántica.
Ahora, físicos del MIT, la Universidad de Viena y otros lugares han abordado un vacío en las pruebas de la desigualdad de Bell, conocido como el vacío de la libertad de elección, y han presentado una fuerte demostración de entrelazamiento cuántico incluso cuando la vulnerabilidad a estela escapatoria está significativamente restringida.
"El terreno que quedaba para los escépticos de la mecánica cuántica se ha reducido considerablemente", dice David Kaiser, profesor de Historia de la Ciencia en Germeshausen y profesor de física en el MIT. No nos hemos deshecho de él, perolo he reducido en 16 órdenes de magnitud ".
Un equipo de investigación que incluye a Kaiser; Alan Guth, profesor de física Victor F. Weisskopf en el MIT; Andrew Friedman, investigador asociado del MIT; y colegas de la Universidad de Viena y otros lugares han publicado sus resultados en la revista Cartas de revisión física .
Cerrando la puerta a las alternativas cuánticas
El vacío legal de la libertad de elección se refiere a la idea de que los experimentadores tienen total libertad para elegir su configuración experimental, desde los tipos de partículas que se entrelazan, hasta las mediciones que eligen hacer en esas partículas. Pero, ¿y si hubiera otrasfactores o variables ocultas correlacionadas con la configuración experimental, haciendo que los resultados parezcan estar entrelazados cuánticamente, cuando en realidad eran el resultado de algún mecanismo no cuántico?
Los físicos han intentado abordar este vacío legal con experimentos extremadamente controlados, en los que producen un par de fotones entrelazados de una sola fuente, luego envían los fotones a dos detectores diferentes y miden las propiedades de cada fotón para determinar su grado de correlación, oPara descartar la posibilidad de que las variables ocultas puedan haber influido en los resultados, los investigadores han utilizado generadores de números aleatorios en cada detector para decidir qué propiedad de cada fotón medir, en la fracción de segundo entre el momento en que el fotón sale de la fuente y llega aldetector.
Pero existe la posibilidad, por pequeña que sea, de que variables ocultas, o influencias no cuánticas, puedan afectar a un generador de números aleatorios antes de que transmita su decisión en una fracción de segundo al detector de fotones.
"En el corazón del entrelazamiento cuántico está el alto grado de correlaciones en los resultados de las mediciones en estos pares [de partículas]", dice Kaiser. "Pero ¿y si un escéptico o crítico insistiera en que estas correlaciones no se deben a estas partículas?actuando de una manera totalmente mecánica cuántica? Queremos abordar si hay alguna otra forma en que esas correlaciones podrían haberse infiltrado sin que nos demos cuenta ".
"Estrellas alineadas"
En 2014, Kaiser, Friedman y su colega Jason Gallicchio ahora profesor en Harvey Mudd College propusieron un experimento para usar fotones antiguos de fuentes astronómicas como estrellas o quásares como "generadores de escenarios cósmicos", en lugar de generadores de números aleatorios.en la Tierra, para determinar las mediciones que se realizarán en cada fotón entrelazado. Dicha luz cósmica estaría llegando a la Tierra desde objetos que están muy lejos, en cualquier lugar desde docenas hasta miles de millones de años luz de distancia. Por lo tanto, si algunas variables ocultasinterferir con la aleatoriedad de la elección de las medidas, habrían tenido que haber puesto en movimiento esos cambios antes de que la luz abandonara la fuente cósmica, mucho antes de que se realizara el experimento en la Tierra.
En este nuevo artículo, los investigadores han demostrado su idea de manera experimental por primera vez. El equipo, incluido el profesor Anton Zeilinger y su grupo en la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria, creó una fuente para producir pares muy entrelazadosde fotones en el techo de un laboratorio universitario en Viena. En cada ejecución experimental, dispararon los fotones entrelazados en direcciones opuestas, hacia detectores ubicados en edificios a varias cuadras de la ciudad: el Banco Nacional de Austria y un segundo edificio universitario.
Los investigadores también instalaron telescopios en ambos sitios detectores y los entrenaron en estrellas, la más cercana de las cuales está a unos 600 años luz de distancia, que habían determinado previamente enviaría suficientes fotones, o luz estelar, en su dirección.
"En esas noches, las estrellas se alineaban", dice Friedman. "Y con estrellas brillantes como estas, la cantidad de fotones que entran puede ser como una manguera de fuego. Así que tenemos estos detectores muy rápidos que pueden registrar detecciones de fotones cósmicos enescalas de tiempo de subnanosegundos. "
"Fuera de control" con Einstein
En los pocos microsegundos antes de que un fotón entrelazado llegara a un detector, los investigadores utilizaron cada telescopio para medir rápidamente una propiedad de un fotón estelar entrante, en este caso, si su longitud de onda era más roja o más azul que una longitud de onda de referencia particular.luego usó esta propiedad aleatoria del fotón estelar, generado hace 600 años por su estrella, para determinar qué propiedad de los fotones entrelazados entrantes medir. En este caso, los fotones estelares rojos señalaron a un detector para medir la polarización de un fotón entrelazado en una dirección particular. Un fotón estelar azul configuraría el dispositivo para medir la polarización de la partícula entrelazada en una dirección diferente.
El equipo llevó a cabo dos experimentos, cada uno de los cuales duró solo tres minutos. En cada caso, los investigadores midieron alrededor de 100.000 pares de fotones entrelazados. Encontraron que las mediciones de polarización de los pares de fotones estaban altamente correlacionadas, muy por encima de lalímite establecido por la desigualdad de Bell, de una manera que se explica más fácilmente por la mecánica cuántica.
"Encontramos respuestas consistentes con la mecánica cuántica en un grado enormemente fuerte, y enormemente fuera de sintonía con una predicción similar a la de Einstein", dice Kaiser.
Los resultados representan mejoras en 16 órdenes de magnitud con respecto a los esfuerzos anteriores para abordar el vacío legal de la libertad de elección.
"Todos los experimentos anteriores podrían haber estado sujetos a esta extraña laguna jurídica para dar cuenta de los resultados microsegundos antes de cada experimento, frente a nuestros 600 años", dice Kaiser. "Así que es una diferencia de una millonésima de segundo frente a los 600 años desegundos - 16 órdenes de magnitud ".
"Este experimento retrasa el último momento en el que podría haber comenzado la conspiración", agrega Guth. "Estamos diciendo que, para que algún mecanismo loco simule la mecánica cuántica en nuestro experimento, ese mecanismo tenía que haber estado en su lugarHace 600 años para planear que hiciéramos el experimento aquí hoy, y enviar fotones de los mensajes correctos para terminar reproduciendo los resultados de la mecánica cuántica. Así que es muy inverosímil ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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