Apuntes científicos desde el MIT

Apuntes científicos desde el MIT

Este Blog empezó gracias a una beca para periodistas científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Boston, donde pasé un año aprendiendo ciencia con el objetivo de contarla después. Ahora continúa desde Nueva York buscando reflexiones científicas en otras instituciones, laboratorios, conferencias, y conversando con cualquier investigador que se preste a compartir su conocimiento.

Qué diantre es el entrelazamiento cuántico

Por: | 19 de noviembre de 2009

Imagínate un par de electrones como si fueran dos monedas idénticas en las que una marca cara y la otra cruz.

Ahora imagínate que ambas monedas poseen esta peculiar propiedad: van alternando cara y cruz a su aire, pero nunca están ambas en la misma posición. Forman parte de un mismo orbital atómico, y por algo llamado principio de exclusión de Pauli, siempre que una esté en cara, la otra marcará cruz. Si yo voy y giro una, la otra se girará automáticamente a la posición opuesta. Espera, no te vayas, continúa leyendo, valdrá la pena lo prometo. Te voy a explicar uno de los fenómenos más inverosímiles de la naturaleza.

Estábamos con esas monedas-electrones que van cambiando constantemente entre cara y cruz, pero que de alguna manera están entrelazadas: Según las leyes de la cuántica, nunca pueden estar ambas en cara o en cruz a la vez. Es físicamente imposible.

Imaginemos un poco más: Coges con delicadez ambas monedas-electrones, las metes en sendas cajitas sin mirar todavía qué marca cada una, y sin romper su entrelazamiento cuántico te las llevas una a Nueva York y la otra a Bangkok. ¿Qué tendrás entonces? Dos monedas, una en NY y la otra en Bangkok, que en teoría van pasando de una posición a otra, pero continúan conectadas entre ellas. Si en un momento determinado abres la caja de Nueva York y ves la moneda en cruz, la de Bangkok se paraliza de golpe en cara. Y si hubieras abierto la misma caja unos milisegundos más tarde y te hubiera salido cara, la otra se habría colapsado en cruz inmediatamente (recalquemos el inmediatamente). Esto, en teoría cuántica. A la práctica… ¿creéis que esto podría llegar a suceder?

Vayamos ahora a ese apasionante primer tercio del siglo XX, en el que la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica competían para ver quien explicaba mejor la realidad del mundo que nos contiene.

Einstein no se tragaba algunas de las asunciones de la cuántica, sobre todo ese principio de indeterminación de un tal Heisenberg, según el cual en el mundo subatómico no había certezas y resultaba físicamente imposible conocer la posición y movimiento exactos de una partícula en un instante determinado. O esas atroces ecuaciones de su estrambótico colega Schrödinger, implicando que las partículas estaban dispersas en varios lugares a la vez y su estado sólo quedaba definido en el momento que alguien las observaba. “¡Claro que estaban definidas! ”, pensaba Einstein, ”y si la cuántica tenía indeterminaciones, debía ser porque todavía no estaba desarrollada del todo…”. Y para demostrarlo, en 1935 Einstein propuso junto con Podolsky y Rosen el experimento mental EPR, que reflejaba una situación análoga a las cajitas con monedas cara – cruz separadas miles de kilómetros de distancia.

En resumidas cuentas, lo que venía a decir Einstein era que si al abrir la caja de Nueva York ves a la moneda en cara, y de golpe la de Bangkok aparece en cruz, será que… ¡siempre habían sido cara y cruz respectivamente!!! ¿Qué historia era esa de que las partículas van cambiando de estado y comunicándose misteriosamente? Si al abrir la caja te hubiera salido cruz, pues esa moneda contenía la propiedad cruz. Y la otra cara. Y punto. ¿Por qué lo tenía tan claro Einstein? Porque siendo de otra manera se rompía un principio fundamental de las leyes de la naturaleza: “Si con la paradoja EPR coges dos partículas entrelazadas cuánticamente y te llevas una al otro extremo del sistema solar… físicos cuánticos locos; ¿me estáis diciendo que al observar una colapso inmediatamente la otra? Imposible! ¿pero no os dais cuenta que esto es una barbaridad?”. Este inmediatamente rompe con el principio relativista de que nada puede viajar más rápido que la luz. Ni siquiera la información. “¿O acaso tenéis alguna explicación coherente al experimento EPR?”, planteaba Einstein. En realidad, no la tenían. A lo único que podían aferrarse Schrödinger y Heisenberg era a sus ecuaciones matemáticas. La lógica en este caso estaba de parte de Einstein: Si le dices a un tipo en Bangkok que abra una caja y ve una moneda en cruz, no le hagas creer que segundos antes era cara. Bueno… eso quizás podría ser… pero lo que no cuela de ninguna manera es que otra moneda en New York vaya cambiando simultáneamente con la primera.

Lógico el planteamiento de Einstein, no?... Ja! Muerte a la lógica!!! Que le den al sentido común!!! Viva ciencia!!! Por muy inverosímil que os parezca, los físicos cuánticos tenían razón!!! Einstein andaba equivocado, y se hubiera comido su paradoja EPR si hubiera vivido más tiempo.

En 1964 el irlandés John Bell publicó un teorema que escondía un posible experimento para poner a prueba la paradoja EPR, y comprobar si la información podía viajar de manera inmediata entre dos partículas entrelazadas cuánticamente. Bell construyó su teorema con la idea de dar la razón a Einstein, y probar que dos partículas no podían estar correlacionadas hasta el grado que aseguraba la cuántica. Bell no llegó a realizar su experimento, pero en 1982 sí pudo hacerlo el francés Alain Aspect. ¿Y sabéis qué? Exacto!!! Contrariamente a lo que Bell y Einstein suponían, cuando por fin se pudo realizar el experimento EPR, quedó demostrado que dos fotones entrelazados cuánticamente sí podían comunicarse sus propiedades de manera instantánea a pesar de estar separados largas distancias. La paradoja EPR dio la razón a la cuántica, demostrando de nuevo que la realidad es más insólita de lo que podemos llegar a imaginar: Si tienes dos electrones entrelazados uno en NY y el otro en Bangkok, y al mirar a uno ves que es cara, el otro inmediatamente será cruz. Y si te hubieras esperado unos instantes y hubiera salido cruz, el otro sería cara. Fantástico!

Ah!, y no hay truco. Esto se ha corroborado en muchísimas otras ocasiones.

Si os sentís incrédulos, perplejos, pensáis que algo no encaja, o creéis que no habéis terminado de entender el fenómeno en profundidad… no os preocupéis; a la mayoría de físicos también les ocurre.

Quizás por eso, mientras unos intentan aprovechar las propiedades de este misterioso entrelazamiento cuántico en criptografía, computación cuántica, o teletransportación, otros nos quedamos simplemente ensimismados con las fabulosas elucubraciones filosóficas que el entanglement implica sobre la estructura de la naturaleza, fascinados con las viejas-nuevas historias, y expectantes de qué nuevas sorpresas nos irá deparando esta maravilla que es la comprensión científica del mundo.

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Hay 124 Comentarios

MxOnd, es que esos chispazos eran para activarte la lengua y entrelazar tus payasadas.

El entrelazamiento cuántico podria ser resultado de la conservación de las propiedades cuánticas.

Albert Einstein dio una explicación satisfactoria con su teoría de la relatividad especial, en la que, en su segundo postulado propone que la velocidad de la luz es isótropa, es decir, independiente del movimiento relativo del observador o de la fuente. ^Por lógica, el movimiento si no es relativo, si tiene que ver, además de la gravedad y la desidad del cuerpo que la emita. Entro: La mujer de la Luna lo sabe.

Es solo una pregunta ¿hay espectros de la luz que no se recojan?

Lo que sé es que los chispazos que te dieron, no eran para activarte las neuronas.

Si realizo una apuesta en el euromillón de "máquina" sin observar los números aleatorios escogidos y guardo el boleto en una caja, televisan el sorteo en TV y observo los números ganadores, en el momento en el que vaya abrir la caja donde esta mi boleto que supuestamente alterna entre boleto ganador y perdedor a pesar de que las probabilidades de ganar son aplastantes y casi imposibles de acertar algo, al abrir la caja se producirá una reducción en la función de onda y cuando observe mi boleto éste colapsará ha ganador o perdedor. En cambio si intento manipular copiando en una hoja los números ganadores y los pongo en la caja, ¿puede haber algún entrelazamiento cuántico entre mi boleto de lotería que no observo y la hoja en la que copié la combinación ganadora? ¿mi boleto de lotería puede estár cambiandó los números constantemente mientras no lo observe? parece absurdo y los números están prefijados desde que se salió expedido de la máquina por lógica ni andan cambiándose, pero tampoco soy capaz de saberlo con certeza puesto que no observo los números de mi boleto y aunque los números esten fijados desde su fabricación, yo no sé cuales son porque no los he observado.

Pero se te ha olvidado comentar el detalle de que el entrelazamiento cuántico en realidad no sirve para transmitir información. Es decir, para comprobar si algo está entrelazado, los dos observadores distantes han de comunicarse por un medio clásico, lease el telefono. La naturaleza tiene características no-locales. Pero la causalidad y la localidad relativista concerniente a la transmisión de información no se ven comprometidas. Pongo un ejemplo siguiendo tu línea de ejemplos: Tenemos un matrimonio que ella se va a la Luna (por poner un sito cerca) y el se queda en la Tierra. Debido a problemas familiares que no vienen al caso, él decide divorciarse y lo consigue unilateralmente (por ejemplo en California que esto es posible). De manera inmediata ella, en la Luna, ya no está casada con él (se ha roto la correlación), pero tiene que comunicarselo por medio de un mensaje que no puede ir más rápido que la luz. Los ejemplos es lo que tiene, que todos están mal. Saludos y gracias por tu esfuerzo en divulgar.

A proposito de los comentarios sarcasticos sobre la espiritualidad de Schrodinger...demuestran que no estan muy familiarizados con las biografias y los pensamientos de los científicos realmente grandes. Todos ellos personas con una vision del universo profundamente "mistica", y buscadores de un principio unificador de la realidad. Esa es la mayor diferencia entre el común de los mortales y hombres como Schrodinger. Heisenberg y el propio Einstein, o si retrocedemos en el tiempo, Newton o Pascal. Ya lo dijo este ultimo: un poco de ciencia aleja de "Dios", pero mucha devuelve a Él - entiéndase Dios en un sentido totalmente abstracto (La Realidad, El Todo, Lo Absoluto, llámese lo que se quiera) , no un señor con barba blanca sentado en una nube. Esa visión o intución "mística" y a la vez rigurosa, basada en la física y la matemática, es lo que ha permitido a los físicos cuánticos imaginar posibilidades mucho más allá de la realidad "visible" y "objetiva" que aprisiona las mentes convencionales (al más puro estilo de la cárcel de platónica). Soy físico y me ha emocionado la lectura de las obras de Schrodinger. Heisenberg comentaba que se sintió uno con el universo la noche que reveló las ecuaciones matriciales de la cuántica. Sin esa comprensión y esa fuerza motriz, estos hombres nunca habrían hecho lo que hicieron.

A proposito de los comentarios sarcasticos sobre la espiritualidad de Schrodinger...demuestran que no estan muy familiarizados con las biografias y los pensamientos de los científicos realmente grandes. Todos ellos personas con una vision del universo profundamente "mistica", y buscadores de un principio unificador de la realidad. Esa es la mayor diferencia entre hombres como Schrodinger. Heisenberg y el propio Einstein, o si retrocedemos en el tiempo, Newton o Pascal. Ya lo dijo este ultimo: un poco de ciencia aleja de "Dios", pero mucha devuelve a Él (entiéndase Dios en un sentido totalmente abstracto (La Realidad, El Todo, Lo Absoluto, llámese lo que se quiera) , no un señor c on barba blanca sentado en una nube). Esa visión o intución "mística" y a la vez rigurosa, basada en la física y la matemática, es lo que ha permitido a los físicos cuánticos imaginar posibilidades mucho más allá de la realidad "visible" y "objetiva" en la que aprisiona las mentes convencionales (al más puro estilo de la cárcel de platónica). Un científico.

Muy buen artículo, felicitaciones!!

Un tema tan apasionante y divertido, como trascendental e incomprensible.

Respecto a la posible detección de materia oscura en el CDMS, atención a la conferencia simultánea que van a ofrecer Jodi Cooley y Lauren Hsu el próximo día 17 a las catorce horas y a las dieciséis horas respectivamente (23:00 horas, horario de España). Desde el SLAC, Berkeley (California), Jodi Cooley; y Lauren Hsu, científica del Fermilab, impartirá la misma charla que Cooley pero en el Fermilab (Chicago), Esperemos que haya más "fuego que humo". Dos conferencias sincronizadas es un poco raro ¿no? Vide: http://cdms.berkeley.edu/ Saludos

ENTRELAZADO USANDO SIMBOLOS: Si lees la columna de un periodista en forma habitual en el periòdico, y sintonizas con sus opiniones, veràs que expresa`parte de tus pensamientos. pero no explicados como una idea sino que expresa palabras y lìneas "similares" o "iguiales" a las que tu has hablado o expresado uno o dos dìas "antes" como si se tratara de "una porciòn de formas" que se ha trasladado a travès de un "espacio de configuraciòn" o vectores matemàticos... Es que han sido ligas, las ligas del pensamiento global entrelazàndonos. Chau, gracias.

Debora, yo tengo entendido que el tiempo es una dimension, por el cual la materia se transforma, entiendase materria como energia positiva segun la Ecuacion de Einstein: E=m*c**2, por tanto si m es positiva, E siempre sera positiva, por lo del cuadrado de la velocidad de la luz. Asi que, debido a que somos materia positiva, envejecemos a traves del tiempo. Que pasaria con la Energia negativa a traves del tiempo?...muchos fisicos se encuentran en la busqueda de esa energia negativa. Nos movemos espacialmente en 3 coordenadas dimensionales, pero si envejecemos (Energia positiva), es por una sencilla razon, es porque lo hacemos a traves de la dimension temporal, la energia se transforma debido a que puede fluir por la dimension temporal, como muy bien demostro Einstein. Y milagrosamente, alguien fue capaz de descubrir un codigo matematico que relacionaba esa dimension con la energia, y no es otra herramienta que la transformada de fourier, que nos permite pasar del dominio temporal al dominio de frecuecias, frecuencia que esta relacionada con la energia gracias a la aparicion de la mecanica cuantica: la famosa E=h*frecuencia, donde h s la constante de planck de naturaleza cuantica. Por tanto, un movimiento en el tiempo....mediante la transformada de fourier...lo convertimos en un espectro de frecuencias...y gracias a la mecanica cuantica, la frecuencia y la energia estan relacionadas por la constante de planck. Esto es lo que tengo en mi mente en estos momentos, pero...veremos que sigue a esto... Saludos.

Jo son mejores vuestros comentarios, que los mismísimos artículos que se ven publicados en revistas de prestigio y que no me digan que os estaís inventando lo que comentáis. ¿Entonces en qué quedamos? La ciencia avanza porque los científicos trabajan, y son honestos y precisos en sus determinaciones. Lo demás son residuos de la mentalidad humana de dejarlo todo bajo sospecha. Por no hablar de enconía o malas intenciones. No hay que olvidar que la Ciencia siempre ha estado y sigue estando bajo sospecha. Tenemos mártires y no hace mucho precisamente, la sociedad sobre todo la española, todavía no apuesta por la Ciencia, cuando es la solución y si no que se lo digan a los países más avanzados en investigación científica y técnica. Saludos a todos muy buenos los comentarios por no hablar del post

A Jose M. estamos en una nueva revolucion en la fisica y en toda la ciencia en general ,no solo por que puede aparecer la primera particula de materia oscura o porque el acelerador de particulas del CERN casi logre desvelar la antimateria, Sino porque se estan redefiniendo magnitudes como el espacio y sobre todo el tiempo ,En el paradigma relativista , El concepto de simultaneidad , requere una nueva redefinicion del concepto tiempo pera ser racionalizada , No tiene sentido la fomulacion universal de la relatividad .E =mC2 , en donde el concepto tiempo que define la velocidad de la luz , es de naturaleza convencional y el espacio newtoniano , con lo cual la formulacion seria irreal , es inaudito a estas alturas que cientificos de reconocido prestigio suelten barbaridades ( imposturas) Como la de viajar en el tiempo ,por ejemplo mas propio de la superticion medieval o de la ficcion literaria , el tiempo como intuyo la escolastica ,es de cararter convencional como la gramatica , y convertirlo en magnitud ,un recurso de la fisica anterior a la relatividad , el tiempo como entidad sencillamente NO EXISTE

gracias Jose Manuel! pero el link que añades dice que es sólo un rumor poco fundado esparcido por los blogs... abrazo! p e r e

Un rumor que circula por los blogs científicos: han descubierto la primera partícula de materia oscura (?). Pere, aquí hay material para un post. Ya Nature ha dicho presuntamente sí a la publicación. ¿Estamos ante una nueva revolución de la física? Vide: http://sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2009/1209/1 Saludos

Sí, sí. Si el fenómeno está claro. El cambio ocurre de forma simultánea. Pero ¿Qué hay del concepto de simultaneidad? Einstein lo redefinió. Si situamos sendas particulas entrelazadas en dos sistemas de referencia a velocidades relativistas. ¿Como se comporta ese entrelazamiento? ¿Como interacciona el comportamiento del tiempo, y esa "simultaneidad"? ¿Sería posible comunicarse con el pasado de esta forma? Porque si el espacio y el tiempo son equivalentes, superar la velocidad de la luz equivale a superar nuestro cono de causalidad. En fin... Yo no lo tengo nada claro...

Me encantó el artículo. Alguién conoce dónde puedo leer más sobre esto. saludos

[Acabo de ver una entrada anterior de Pere "Qué diantre es la antimateria". Tendré compasión, no me podré el Sombrero y Toga de Criticón, Pedante y Pesado] Mi opinión es que no, no tiene nada que ver la antimateria, pues su única particularidad es que todas las cargas tienen el signo opuesto, en todo lo demás es idéntica a la materia normal: masa, spin, momento angular o magnético,etc De hecho, en un Universo Puro Anti-materia también tendríamos una paradoja EPR equivalente, por ejemplo para dos positrones entrelazados por el spin. El par de fotones de rayos gamma producido mediante una aniquilación electrón-positrón no esta entrelazado, pues el estado inicial conjunto fotón-fotón tendrá un tiempo de vida demasiado corto, y aún, si no fuese así, no está nada claro que propiedad podría entrelazarlos previo a ser disparados. Como canal de comunicación, mi opinión es que no, tampoco tiene nada que ver la antimateria, pues como tal(materia) tiene una masa y podría ser detectable, y, en el caso de positrones, tiene una carga e+ por tanto confinable en un campo magnético, o aniquilable produciendo rayos gamma, cosa fácil de detectar. Además una fuente de positrones (isótopos, ciclotrones, ..) es limitada y nunca presente en los experimentos actuales con fotones entrelazados por polarización. Podría pensarse en una aniquilación fotón-fotón de altas energías, proceso inverso a la creación de antimateria, produciendo el par electrón-positrón (en esencia una conversión de energía cinética de los fotones, en energía potencial(masa en reposo del electrón y el positrón) pero esto no ocurre espontáneamente, requiere una buena cantidad de energía en su preparación y no se observa con los fotones generados por un laser pues tiene muy poca energía como para crear masa de partícula alguna.

Mr. Spock dice: [...] La Mecánica Cuántica responde a la pregunta "¿Qué pasa?" pero no a la pregunta "¿Qué es?" o "¿Cómo luce?". Efectivamente, ahora hemos llegado al límite actual de la investigación. Solo nos queda conjeturar y especular. Una idea conjetural: ¿tendrá algo que ver la antimateria en todo este asunto? Cuando un electrón y un positrón colisionan no producen un fotón, sino dos -¿entrelazados?-; porque además de la energía se ha de conservar el momento.

Correcto, las dos partículas forman parte del mismo sistema incluso cuando están separadas, por tanto el momento total de spin se debe conservar pues no depende de la distancia. Sin embargo, no hay recetas para averiguar la naturaleza de la "barra de conexión entre flechas"(canal de comunicación de propiedades entre partículas). La Mecánica Cuántica responde a la pregunta "¿Qué pasa?" pero no a la pregunta "¿Qué es?" o "¿Cómo luce?". El sitio de Adan Cabello (Univ de Sevilla), especialista de rango internacional -con publicaciones en Nature, Phys.Rev.Lett, etc-, tiene muy buen material teórico y práctico sobre este tema http://personal.us.es/adan/home.htm Feliz lectura! PD si pensabais que ésto sólo se investigaba en el MIT o en EEUU, y por abueletes con bigote y despeinados, os vais a llevar una sorpresa

Contentulios (por aquello de estar contentos): "Para generar parejas de fotones entrelazados normalmente se utilizan materiales “no lineales” a través de los cuales se hace pasar un FOTÓN de alta energía que se divide en dos fotones de baja energía pero entrelazados. He aquí la cuestión. Esta es una manera de hacer el entrelazamiento, hay otra: un filtro entrelazador (entanglement filter) que utilizan sólo elementos ópticos lineales y que actúa sobre una pareja de fotones no entrelazadas diagonalmente polarizados cuya polarización se entrelaza al atravesar dicho dispositivo, saliendo del mismo como un par de fotones con su polarización entrelazada de tal forma que es una combinación sólo de los estados con ambos fotones polarizados verticalmente o con ambos polarizados horizontalmente. El dispositivo utiliza el fenómeno físico de interferencia cuántica (quantum interference)". De la ciencia de la Mula Francis

Contertulios, os propongo un experimento imaginario e indoloro. Dados 20 pares de calcetines en un cajón en una habitación oscura... ¿cuántos calcetines debes sacar del cajón para estar seguro, sin verlos, de que tienes dos del mismo par? Y ahora la respuesta. Sí, lo habéis acertado. Tenéis que sacar 21 calcetines, contando con que la mala suerte os haya hecho sacar los primeros 20 del pie izquierdo, cosa que a buen seguro ocurrirá. Esta es la respuesta según la lógica einsteniana. Pero en el mundo cuántico rige otra lógica. La respuesta cuántica es que los calcetines están entrelazados, como de hecho deben estar en el cajón, en perfecta sincronía izquierdo (-) derecho (+), con lo que al abrir el cajón y tomar el primero, colapsa instantáneamente la función del calcetín, que es ser uno y su opuesto, en el mismo pack o quantum. Tanta fantasmagoría cuántica me saca el humor absurdo.

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Sobre el autor

Pere Estupinya

. Soy químico, bioquímico, y un omnívoro de la ciencia, que ya lleva cierto tiempo contándola como excusa para poder aprenderla.
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