El entrelazamiento cuántico: un fenómeno intrigante que podría deshacerse por el calor, desafiando las futuras tecnologías cuánticas.
Recreación artística del entrelazamiento cuántico. Fuente: Midjourney / Alberto Corbi
Publicado por
Alberto Corbi, Lucas López CañadillaEstudiante de grado de Física
25.09.2024
Lo que Einstein no supo ver: el calor rompe los lazos invisibles del universo (Alberto Corbi)
Uno de los fenómenos más intrigantes y desafiantes de la mecánica cuántica es el entrelazamiento cuántico. En este peculiar fenómeno de la física, dos o más partículas cuánticas, como fotones, pueden estar fuertemente correlacionadas a pesar de estar separadas por enormes distancias. Lo sorprendente es que no requieren de una conexión física entre ellas. Sus estados cuánticos —como el giro o el espín— están entrelazados, lo que significa que el estado de una partícula no puede describirse sin considerar el estado de la otra, independientemente de la distancia que las separe. Albert Einstein describió este fenómeno como "acción fantasmal a distancia".
El paradigma EPR y el debate sobre la completitud de la mecánica cuántica
La teoría cuántica sostiene que, cuando dos partículas están entrelazadas, sus estados permanecen correlacionados instantáneamente, sin importar la distancia. Un ejemplo sencillo, si tienes dos monedas cuánticamente entrelazadas, ninguna tiene un estado definido hasta que las observas. Antes de medirlas, ambas están en una superposición de cara y cruz ¡al mismo tiempo! Lo sorprendente ocurre al observar una de las monedas: su estado se define instantáneamente, y al mismo tiempo, la otra moneda adopta un estado complementario, independientemente de la distancia entre ellas. Esta propiedad desafía incluso las restricciones de la velocidad de la luz.
Aunque inicialmente fue visto como una curiosidad teórica, el entrelazamiento cuántico se convirtió en un tema de gran controversia en 1935, cuando Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen publicaron su famoso artículo que introducía la paradoja EPR. Su objetivo era mostrar que la mecánica cuántica, tal como la describía Niels Bohr, era incompleta. Argumentaban que, si el entrelazamiento cuántico era real, entonces debía existir algún tipo de "variables ocultas" que determinaran el estado de las partículas, sin la necesidad de la intervención humana o la observación.
Abert Einstein. Fuente: Midjourney / Alberto Corbi
Einstein y sus colegas proponían que el entrelazamiento implicaba que la teoría cuántica no describía adecuadamente la realidad, ya que permitía la correlación instantánea entre partículas distantes, algo que contradecía su teoría de la relatividad. Esta paradoja fue un intento de desafiar el formalismo cuántico predominante, sugiriendo que debía existir una explicación más profunda y determinista de los fenómenos subatómicos.
Sin embargo, el teorema de Bell, formulado en 1964 por el físico John Bell, permitió poner a prueba las predicciones de la mecánica cuántica frente a las teorías de variables ocultas. Los experimentos que siguieron demostraron que las desigualdades de Bell eran violadas consistentemente, confirmando que el entrelazamiento cuántico es real y que no existen "variables ocultas" locales capaces de explicar este fenómeno.
La vulnerabilidad del entrelazamiento: el impacto del calor
A pesar de su aparente invulnerabilidad, el entrelazamiento cuántico no es indestructible. Un estudio reciente publicado donde colabora un español, Álvaro Alhambra, demuestra que el calor puede destruir este delicado estado cuántico. Esto ocurre porque el calor introduce perturbaciones en el sistema cuántico, lo que provoca que las correlaciones entre las partículas se deshagan. Este fenómeno, conocido como "decoherencia", representa una gran amenaza para las futuras aplicaciones tecnológicas que dependen del entrelazamiento.
Un nuevo algoritmo –desarrollado en colaboración con el IFT– demuestra que en cualquier sistema de espín en equilibrio térmico, el entrelazamiento desaparece por completo por encima de una determinada temperatura.
Vía @QuantaMagazine
quantamagazine.org/computer-scien
Álvaro M. Alhambra (miembro del IFT), que trabaja en el mismo problema que Tang, Moitra, Bakshi y Liu, se dio cuenta de que habían demostrado un nuevo resultado sobre el entrelazamiento cuántico mientras desarrollaban su algoritmo.
Imagina, por ejemplo, un sistema cuántico en el que dos fotones están entrelazados. En un entorno perfectamente aislado, estos fotones mantendrían su correlación cuántica, sin importar la distancia que los separe. Sin embargo, cuando el sistema cuántico interactúa con su entorno y es expuesto al calor, las partículas comienzan a perder su coherencia. Esto significa que los estados cuánticos entrelazados se van disipando hasta que las partículas ya no están correlacionadas entre sí. En otras palabras, el calor rompe el entrelazamiento.
Este fenómeno puede impulsar el desarrollo de computadoras cuánticas. Fuente: ChatGPT / Eugenio Fdz.
La computación cuántica
El descubrimiento de que el calor puede destruir el entrelazamiento cuántico no solo destaca la fragilidad de este fenómeno, sino que también resalta la importancia de comprender las condiciones necesarias para preservarlo. La computación cuántica, una de las aplicaciones más prometedoras del entrelazamiento, depende de la capacidad de mantener el entrelazamiento entre qubits (bits cuánticos) durante largos períodos de tiempo. Si no se puede controlar el entorno, los cálculos cuánticos pueden verse interrumpidos o incluso resultar erróneos.
Además, la investigación sobre la destrucción del entrelazamiento por el calor plantea preguntas fundamentales sobre los límites de la física cuántica. ¿Existe un umbral térmico más allá del cual el entrelazamiento se destruye irremediablemente? ¿Podría ser posible recuperar el entrelazamiento una vez que ha sido destruido por el calor?
El calor es la clave para romper el entrelazamiento cuántico. Fuente: ChatGPT / Eugenio Fdz.
Lo que Einstein no supo ver
Este es un fenómeno que ha cautivado a científicos y pensadores durante casi un siglo. Aunque Albert Einstein lo consideraba una paradoja que sugería una falla en la teoría cuántica, hoy en día sabemos que es una realidad comprobada, con implicaciones profundas para el futuro de la tecnología. Sin embargo, como ha demostrado la reciente investigación, el entrelazamiento no es invulnerable. El calor, esa forma omnipresente de energía, puede romper estas delicadas conexiones cuánticas, lo que nos obliga a replantearnos cómo podemos aprovechar este fenómeno en un mundo lleno de fluctuaciones térmicas.
__________
Fuente:
