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

Que quire decirue dos fotos estan ¿entrelazados cuanticamente? Gracias

Devora Dora, No doy un centavo por la Física del Tao, y Capra me parece un impostor. Jose-UK: dijo "ya que la informacion no se transmite fisicamene, sino que la configuracion ya esta establecida a priori, y por tanto la transferencia instantanea que se da es de naturaleza cuantica." Si, suena lógico, UK, pero por mucha configuración que metas, sigo sin entender en absoluto que el estado de una de las dos monedas, al cristalizar en Cara al observarla en NY provoque el colapso de lal función de onda " Cruz" de su par en Bangkok. No entiendo la interrelación en la distancia, no entiendo qué significa No localidad, salvo en el supuesto de que el mundo de lo invisible sea realmente un trenzado, un gran Sistema interrelacionado, y las partículas no sean en realidad partículas. Pero esta idea ya ha sido desarrollada con dudoso éxito. Además, tampoco la entiendo. En definitiva, admito mi incapacidad de comprender de forma intuitiva la No localidad, o el entrelazamiento, No way, no me cabe en la mollera. ¡Desisto!

Recomiendo a los escepticos de Schrodinger ,releer sus conferencias (Tambien editadas en la coleccion Metatemas ,editada por Tusqest (Ciencia y Humanismo) , coleccion dirigida por el profesor Wasenberg , en donde ya empieza a vislumbrar el salto hacia la redefinicion conceptual en base al paradigma cuantico , el relativismo de la observacion , al implicar al sujeto en el hecho observado , y la inquietante similitud con los sistemas de representacion Taoistas del cosmos , donde coincide con Fritjot Capra en un texto clasico de los años ochenta y noventa ( La Fisica del Tao ) , David Boom en su conocido ensayo ( La totalidad del Orden Implicado ) , Donde se dejan sentadas las relaciones de la fisica clasica con intuiciones ancestrales del ser humano que estaban relegadas por la subjetividad del concepto de ciencia anterior al relativismo , Detectadas mas tarde por disciplinas mas alejadas dela fisica como la nueva antropologia que fundamento el recientemente desaparecido Claude Levi Strauss ,Todo un a constelacion de coincidencias que refrendan la genial intuicion de Schrodinger`, y Una cantera para el que le guste indagar en la dimension paradojica de las realidades que manejamos como parte de nuestro sentido comun

Exacto, Jose-UK, es la irterpretación de la información preestablecida. Información binaria, una vez más, que tan bien conoce nuestro cerebro. Como la lengua antigua del sí y del no.

Se me ocurre que dos particulas entrelazadas en lugar de ser dos particulas serian un mismo "objeto" pero que nosotros vemos como dos particulas independientes de ahí que no necesite viajar informacion de una particula a otra, simplemente el objeto tiene dos estados posibles: X--O y O--X , de modo que si se cambia la "polaridad" de una de las particulas en realidad cambias el estado del objeto global (lo que implica un cambio instantaneo en la otra partiula) . ¿Que os parece esta idea?

Yo lo entiendo como un conocimiento de las condiciones iniciales en la configuracion de partida. Si tu y tu colega sabeis que las monedas estan unidas por las caras, es decir conoceis la configuracion inicial del sistema (dos monedas unidas por las caras) en el instante en que cogeis cada uno una moneda en Nueva York, ya sabeis cada uno la configuracion que va a tener el otro cuando habras la mano, no importa que te quedes en Nueva York, te vayas a Bangok como muy bien describe Pere, o la La luna, ya que la informacion no se transmite fisicamene, sino que la configuracion ya esta establecida a priori, y por tanto la transferencia instantanea que se da es de naturaleza cuantica. No se, asi lo entiendo yo.

José-UK y compañía: es verdad que no viaja información en el entrelazamiento. Me trabuqué. Pero dices, José UK, que "la realidad es local", y se trata de que no es local a nivel cuántico. Yo francamente no entiendo cómo hay simultaneidad entre partículas entrelazadas y separadas por el espacio físico, si no viaja información. ¿Qué ocurre entonces? ¿Membranas? Supercuerdas? ¿Emparedados de atún? El bosón de Higgs no es la partícula de dios, sino la partícula de MECAGÜEN DIOS. Que como no aparezca el bosón nos vamos a cagar en eso y en todo.

José-Manuel,estoy de acuerdo contigo en lo que dices acerca de los taquiones. Solo queria dejar claro dos cosas del articulo de Pere, que puede confundir al lector de este blog tan magnifico: 1. Lo que se lee, se oye, y se dice sobre que "nada" puede viajar mas rapido que la velocidad de la luz no es cierto, y el principo de realtividad de einstein no dice eso. "Nada" puede superarla, que es algo bien diferente. Y 2, hasta el momento, la teleportacion cuantica no viola este principio, pues como bien dices en el entrelazamiento cuantico no viaja informacion, de ahi que se haya podido trasmitir informacion de forma instantanea sin que se viole el principio de realtividad de Einstein. Otro asunto muy interesante es el de los taquiones, ya que estaras de acuerdo conmigo, en que si podrian existir en la teoria de universos paralelos, pues ya no violarian el principio de causalidad. No obstante, el CERN podra responder a todas estas interesantes teorias de la fisica. A ver si Pere, nos ilustra con otro magnificopost acerca del CERN, que parece que quieren volver a tratar de ponerlo en funcionamiento y asi comenzar la busqueda de la tan ansiada "particula de dios" (boson de Higgs).

Unas cuantas puntualizaciones. A Fazul: La electricidad externa da calambres porque afecta a la electricidad intrínsica de la células por medio de los iones. A Iganicio y Jose-UK: Los taqiones son partículas hipotéticas. Si existieran los taquiones y pudiesen interactuar con la materia ordinaria, podría violarse el principio de causalidad. Aun cuando existiesen los taqiones no superararían la velocidad de la luz localmente. Por tanto, Einstein sigue teniendo parte de razón. En el entrelazamiento NO viaja información. Me explico: es uno de los errores más frecuentes que es precisamente lo que hay de paradoja en la paradoja -valga la redundancia- que plantearon Einstein Podolsky y Rosen (con electrones en vez de con fotones) y que se resuelve trivialmente al darse cuenta de que no hay ruptura del principio de localidad. Porque en ningún momento se transmite información a velocidad instantánea. La realidad, por ahora, es local. Pienso.

José-UK, ¿Estás seguro? ¿Pueden llevar los taquiones información? No te olvides de que en el entrelazamiento sí viaja información. En la paradoja EPR los fotones superarían la velocidad de la luz portando información. ¿Viola la Relatividad de Einstein?

Este tema nunca deja de ser interesante, sobretodo lo he notado en no-científicos, son los que más impactados y sorprendidos quedan. Asi que ahora usas twitter Pere! que buena, te agrego altiro a mis followings. :)

Hola Pere, leyendo tu articulo has cometido un error conceptual, y puede confundir al lector. Me explico: Primero, cuando dices que "esta transmision de informacion instantanea romperia con el principio relativista de que nada puede viajar más rápido que la luz", es un error, y Einstein no lo dice asi. Lo que este principio dice es que la velocidad de la luz no puede ser superada por particulas con masa como electrones, protones, neutrones, pues son particulas que poseen una velocidad inferior a la de la luz, y sobrepasarla si violaria el principio. Pero dicho principio, no excluye un campo de partículas que sólo pueden desplazarse más rápido que la luz llamadas "taquiones" . Por tanto este entrelazamiento cuantico del que hablas, demostrado en propiedades de fotones, no viola el principo de relatividad de Einstein, pues son propiedades que carecen de masa, Ahora bien, el dia que se pueda hacer este experimento de teleportacion cuantica con electrones, entonces si se estaria violando el principio, pero por el momento no se ha podido lograr, por tanto Einstein sigue teniedo razon: Ninguna particula con masa puede superar la velocidad dela luz. Saludos, y me encanta tu blog. Jose.

Hola Pere, leyendo tu articulo has cometido un error conceptual, y puede confundir al lector. Me explico: Primero, cuando dices que "esta transmision de informacion instantanea romperia con el principio relativista de que nada puede viajar más rápido que la luz", es un error, y Einstein no lo dice asi. Lo que este principio dice es que la velocidad de la luz no puede ser superada por particulas con masa como electrones, protones, neutrones, pues son particulas que poseen una velocidad inferior a la de la luz, y sobrepasarla si violaria el principio. Pero dicho principio, no excluye un campo de partículas que sólo pueden desplazarse más rápido que la luz llamadas "taquiones" . Por tanto este entrelazamiento cuantico del que hablas, demostrado en propiedades de fotones, no viola el principo de relatividad de Einstein, pues son propiedades que carecen de masa, Ahora bien, el dia que se pueda hacer este experimento de teleportacion cuantica con electrones, entonces si se estaria violando el principio, pero por el momento no se ha podido lograr, por tanto Einstein sigue teniedo razon: Ninguna particula con masa puede superar la velocidad dela luz. Saludos, y me encanta tu blog.

De nuevo, IGV, muchas gracias por tu respuesta. Da gusto ver comentaristas como tú. Ahora me pongo a buscarlos. Saludos

Thanks, tienen mucha fama estos libros, son un compendio de conferencias que Schrödinger leyó en el Trinity College de Cambridge allá por el 56. Quizá el más famoso es "Mente y Materia". Es ameno de leer, pero personalmente me decepcionó mucho por su "misticismo cuántico". Obviamente también destila ideas muy interesantes. Pero yo creo que hay libros mucho mejores sobre este tema, como por ejemplo, "En busca de lo real” de Bernard d`Espagnat – Alianza Editorial. O, también en Alianza Ed, “Física cuántica: ¿ilusión o realidad?” de Alastair I.M. Rae.

He encontrado una explicación muy buena del experimento de Alain Aspect en esta dirección: http://labellateoria.blogspot.com/2006/08/alain-aspect-la-no-localidad-de-la.html Complementa el post de Pere.

IGV, muchas gracias por tu comentario, no conocía esos libros de Schroedinger. Valen la pena? (mi economia esta fatal)

tpt: Me parece estupenda tu aportación. Para no ser "nada experto en el tema" te expresas de maravilla, y es estupendo que haya gente como tú en este blog. Espero que no te arrepientas de haber participado si me intento aprovechar un poco de ti para preguntarte tu opinión. Comprendo que un tipo como Einstein se desquiciara con la interpretación de Copenhague. Una de las para mi juicio mentes más preclaras del siglo XX, el matemático Von Newmann, llegó a la conclusión matemática de que la realidad cuántica era abiertamente contraria a la lógica y al tiempo cierta, y contribuyó de manera notable al modelo de Copenhague con una ecuación que habría sido mucho más famosa si no hubiera llegado Paul Dirac y le hubiera comido el terreno. Von Newmann tuvo la flexibilidad de adaptarse a los nuevos tiempos. Y ahora, la opinión que quiero preguntarte a ti (y a Pere, aunque según costumbre omite pronunciarse por algún fallo informático...): Hace un tiempo leí los libros de divulgación de Erwin Schrödinger "Mente y materia" y "Mi concepción del mundo" y me quedé con una cierta desazón. Copipasteo algunas de sus afirmaciones tomadas de estos libros (Tusquets editores, colección Metatemas, LIbros para pensar la ciencia): "Todas las mentes son una" "Fuera de la mente no hay nada". "Tengo buenas razones para creer que esos otros cuerpos [los cuerpos de otras personas] también están acoplados con el soporte de esferas de conciencia. No puedo tener duda alguna sobre la existencia -o sobre cierta clase de realidad- de dichas extrañas esferas de conciencia". Y ahí va una de su libro "Mi concepción del mundo", capítulo quinto, titulado, agárrense los machos, "la concepción védica fundamental": "Por muy incomprensible que parezca al intelecto común, tú -e igualmente cualquier ser consciente tomado por separado- eres todo en todo. Por ello tu vida, la que tú vives, no es un fragmento del acontecer mundial, sino en cierto sentido, la totalidad. Sin embargo, esta totalidad está compuesta de tal forma que nos e puede abarcar con una mirada. Como se sabe es esto lo que los brahamanes expresan con la sagrada, mística y sin embargo sencilla fórmula "tat twan asi [esto eres tú]". Siempre he querido preguntar a un científico QUÉ COJONES quiso decir Erwin cuando escribió eso. Desde luego, soy un "intelecto común" y me resulta incomprensible que un genio de la física comulgara con estas ideas. ¡Espero respuestas!

Puede resultar asombroso por lo contraintuitivo (lo mismo que resultó el cambio de paradigma del geocentrismo al heliocentrismo), lo cual no quiere decir que sea imposible, por supuesto. ¿Quién podía pensar en la Edad Media que se podía transmitir imagenes y sonidos por ondas electromagnéticas cuando ni siquiera sabían lo que era la diferencia de potencial (electricidad)?. Lo que sí sería bueno, tras conocer la teoría, sería conocer cómo se realiza el experimento en la práctica, con todo detalle y el porqué de esta "sincronización" tan específica. Un gran abrazo Pere.

vaya, estoy torpe, pinchen en mi nombre para ver el artículo en cuestión (habla sbre la paradoja del gato de schrödinger)

me gustaría aportar algo que escribí hace tiempo:

he llegado aquí por pura casualidad y me ha hecho gracia ver que no soy la única a la que le cuesta explicar los principios fundamentales de la física cuántica.creo que el principal problema para hacerlo es que no se trata de entenderlo sino que es necesario cambiar la forma de ver el mundo, es decir que la física cuántica es inexplicable si nos atenemos a nuestra percepción. a todos los comentarios que hay arriba sobre "sincronización" y demás, no se trata de nada de eso sino de que toda la materia tiene comportamiento dual, (sólo que a nivel macroscópico este comprotamiento es imperceptible), y que al interactuar con la materia estamos modificando su estado. enhorabuena por el artículo. saludos!!

Umh... Un efecto así podría explicarse con la existencia de más dimensiones a nivel subatómico. Si los electrones están entrelazados a través de otra dimensión, no veo porqué el efecto no puede ser instantáneo. O parecerlo en nuestras dimensiones :) ¿Qué dice la teoría de cuerdas sobre el entrelazamiento? En otro orden de cosas, me gustaría saber cómo te llevas un electrón a una punta del mundo y lo mantienes entrelazado con otro. :) Un saludo, Alonso.

Querido Pere, creo que no puedes dejar esto así. Esto se merece un nuevo post. ¿Por qué no hablas con tus amigos físicos? Sería estupendo.

Creo que es la primera vez que comento en este blog, asi que lo primero es felicitar a Pere por su gran trabajo ;) Hace tiempo había oído hablar de este fenómeno con dos fotones coherentes emitidos por la misma fuente, aquí en el blog se habla de electrones y segun me ha parecido entender se trataría del par de electrones de una orbita de un átomo cualquiera que por exclusión deben tener spin opuestos. ¿Como se consiguen aislar dos electrones de una misma órbita y confinarlos de forma que se puedan transportar? Y otra cuestión: es posible "observar" el spin de un electron aislado?? Creo que sera cuestión de tiempo que nuestro internet deje de ir por fibra optica y vaya por "teletransporte cuántico" Un saludo!

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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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