El físico James Trefil afirmaba que la mecánica cuántica es una “región del universo donde el cerebro humano, simplemente, no puede sentirse cómodo”. Y esta incomodidad viene dada por el hecho de que la naturaleza, a escala microscópica, responde a leyes que retan nuestra entendimiento de la realidad macroscópica. Entre estos comportamientos están la superposición (una partícula puede estar en diferentes estados a la vez, como el gato vivo y fallecido de Erwin Schrödinger) y el entrelazamiento a distancia o acción espectral, como describió Albert Einstein el principio que deja que las partículas separadas y distanciadas respondan de forma instantánea y se comporten como un solo sistema. Un increíble experimento que reta la velocidad de la luz, publicado este miércoles en Nature por un equipo internacional de científicos, dirigido por el ETH (Instituto Federal Suizo de Tecnología) en Zúrich, con cooperación de las entidades españolas ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas) y Quside, prueba por vez primera esta acción espectral en sistemas separados por treinta metros y con circuitos superconductores, los sistemas más frecuentes en computación cuántica.
Este experimento vuelve a contrariar a Einstein, quien consideró imposible el entrelazamiento cuántico. El físico defendió que cada partícula tiene unas propiedades determinadas en su ambiente, que una acción sobre exactamente la misma se produce en un sitio determinado y sus consecuencias se trasfieren (regionalismo). Frente a esta teoría, la física cuántica ha probado que dos partículas entrelazadas comparten un solo estado unificado, si bien, como en el caso del experimento en Zúrich, estén separadas treinta metros.
Para Einstein, era totalmente inadmisible que algo que se hace en un sitio determinado tenga efecto instantáneo en otro lugar. Pero John Bell probó en mil novecientos sesenta y cuatro que sí sucede, que existe el entrelazamiento cuántico. Desde entonces, se han sucedido los ensayos sobre esta propiedad y los descubrimientos en este campo de John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger les valieron el premio Nobel en dos mil veintidos.
Uno de los mayores logros del experimento publicado este miércoles es que se ha ejecutado una prueba del teorema (o desigualdades) de Bell sin loopholes, un término inglés que en física cuántica se traduce como escapatorias. Esta ausencia de escapatorias se refiere a que todo sucede precisamente como pronostica la física cuántica, que no ha sido posible una comunicación entre partículas ni responde a una pura estadística.
Un experimento en el que participó el físico de España Adán Cabello, de la Universidad de Sevilla, logró resultados en esta línea con iones de iterbio y bario (Science Advances) hace un año. Pero la reciente investigación eleva la dificultad al emplear dos cúbits superconductores entrelazados a temperaturas próximas al cero absoluto (−273,15 °C) y separados treinta metros.
Desafiando la velocidad de la luz
Las mediciones simultáneas de los dos cúbits lanzaron resultados coincidentes sobre el estado, una contestación acompasada consistente con una acción espectral a distancia o entrelazamiento. Para probar la ausencia de escapatorias, que la coordinación de estados no se debía a señales mandadas entre los cúbits, se efectuaron mediciones azarosas en diecisiete nanosegundos, el tiempo que tarda la luz en recorrer 5 metros. La medición completa requería otros sesenta y dos nanosegundos (el tiempo de la luz en lograr veintiuno metros). Al estar los dos sistemas distanciados treinta metros, era imposible la comunicación entre ellos.
La investigación es clave no solo por el hecho de que es una demostración de la física cuántica, sino más bien por el hecho de que tiene aplicaciones prácticas. Morgan W. Mitchell, maestro de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) en ICFO y coautor del estudio, explica que, “con los ordenadores clásicos, es común que haya computación en la web y que los resultados lleguen al dispositivo de tu casa”. “Para hacer algo equivalente con ordenadores cuánticos”, agrega, “necesitamos comunicarlos y no será por bits clásicos. Tiene que ser por bits cuánticos y este entrelazamiento es la manera más eficaz de hacerlo”.
“Esta investigación demuestra que este tipo de experimentos se puede hacer con superconductores, los sistemas que utiliza Google o IBM. Otros sistemas que se han utilizado eran con un par de partículas. Pero este experimento ha creado un entrelazamiento entre un gran número de electrones en este sitio y un gran número de electrones en otro sitio. Es la primera vez que se consigue esto sin escapatorias”.
Aplicaciones
Los resultados dejan, conforme Mitchell, “avanzar en la computación distribuida, con varios ordenadores en varios sitios”. “Es un objetivo a largo plazo que no vamos a ver inmediatamente, pero este experimento demuestra que es factible”, concluye.
Carlos Abellán, coautor de la investigación, doctor en fotónica por el ICFO y cofundador y director de Quside (una compañía de componentes cuánticos que se han utilizado en el experimento), resalta que, aparte del salto cualitativo en la demostración experimental al elevar los sistemas a cúbits superconductores, el trabajo ha supuesto “crear una tecnología espectacular y única que ha conseguido demostrar la sincronización de dos partículas con una rapidez sin precedentes.”
El experimento ha necesitado de la generación de números azarosos cuánticos (QRNG) y su “extracción” a una velocidad excepcionalmente veloz (diecisiete nanosegundos) para descartar cualquier posibilidad de comunicación entre los cúbits. “Tuvimos que desarrollar una ingeniería totalmente nueva para poder generar los números aleatorios de tal manera que pudiéramos hacerlo antes de que la información llegara al otro lado. Necesitábamos doblar la velocidad de los sistemas utilizados antes”, explica Abellán.
“Lo que hicimos es, en vez de utilizar un dispositivo y hacer cálculos, pusimos ocho dispositivos en paralelo sincronizados y combinamos la señal. De esta manera, usamos 16 generadores de números aleatorios y conseguimos doblar la velocidad. Si hubiéramos tardado 19 nanosegundos en vez de 17, el experimento no hubiera tenido validez”, agrega.
Santander (España), 1985. Después de obtener su licenciatura en Periodismo en la Universidad Complutense de Madrid, decidió enfocarse en el cine y se matriculó en un programa de posgrado en crítica cinematográfica.
Sin, embargo, su pasión por las criptomonedas le llevó a dedicarse al mundo de las finanzas. Le encanta ver películas en su tiempo libre y es un gran admirador del cine clásico. En cuanto a sus gustos personales, es un gran fanático del fútbol y es seguidor del Real Madrid. Además, ha sido voluntario en varias organizaciones benéficas que trabajan con niños.
