Entrelazamiento cuántico

Siempre se han contado historias de hermanos gemelos a los que les ocurren las mismas cosas aun estando separados, como si entre ellos hubiera una conexión misteriosa. Supongamos ahora que dos gemelos se van se viaje, uno a Málaga y otro a Sevilla, llevando cada uno en su equipaje una chaqueta blanca y otra azul, y que por esa conexión que los une, cuando uno se pone la chaqueta blanca el otro se pone la chaqueta azul y viceversa. Yo, que vivo en Málaga, me acerco algunas tardes a ver al mellizo que ha venido a mi ciudad. Cuando me voy acercando al hotel, pienso que mi amigo puede llevar la chaqueta blanca o la chaqueta azul. Al llegar descubro que lleva la chaqueta blanca y entonces ya sé que su gemelo lleva la azul. Al día siguiente, al ir de camino pienso lo mismo, y al llegar al hotel veo que lleva la chaqueta azul, por lo que pienso que su gemelo lleva la blanca.

Esto, que es pura ficción, ocurre de verdad entre dos fotones que parten de una misma fuente, y se puede comprobar con un experimento que se ha repetido muchas veces. Los fotones se pueden polarizar lo mismo que se polariza la luz, y en ese caso su polarización puede tomar dos posiciones, una vertical y otra horizontal. Ahora emito dos fotones desde la misma fuente, pero en sentidos opuestos de forma que se vayan alejando entre sí. En unos instantes mido sus polarizaciones y encuentro que si la polarización de uno es la vertical la del otro es la horizontal y viceversa. Entonces resulta que ni siquiera necesito medir las dos y por ello solo mido una. Antes de medir pienso que la polarización puede ser horizontal o vertical. Cuando mido compruebo que es vertical y entonces sé que el otro fotón se ha polarizado horizontalmente. Si al día siguiente repito la medida, como en cualquier medida cuántica, me puede salir cualquiera de las dos opciones. Cuando mido y me sale que el fotón tiene polarización horizontal, ya sé que la del otro es vertical.

Esto lo presentaron en 1935 los físicos Einstein, Podolsky y Rosen y se conoce como la paradoja EPR. Una explicación podría ser que los fotones se comunicaran enviándose algún tipo de señal, pues, ¿de qué otra manera un fotón podía saber lo que hacía el otro? Pero esto parecía que no era posible, porque al viajar los fotones a la velocidad de la luz en sentidos contrarios, la señal que se enviaran tenía que superar esta velocidad, lo cual tiraba por tierra la teoría de la relatividad. Otra opción era que hubiera variables ocultas que predeterminaran este comportamiento antes de que los fotones se separaran. Experimentos posteriores desecharon estas dos posibilidades. Actualmente la paradoja EPR sigue siendo un misterio. A este fenómeno en virtud del cual cada fotón sabe lo que hace el otro lo bautizó Schrödinger con el nombre de Entrelazamiento.

La conclusión es clara: Lo que yo haga con una partícula, fotón o electrón, en un punto de la tierra puede afectar a otra que se encuentre lejos de la primera, con la única exigencia de que las dos partículas hayan interaccionado entre sí antes de separarse. Aunque los fenómenos cuánticos no se pueden entender del todo, una explicación consiste en pensar que, al haber interaccionado previamente, cada una de las dos partículas pierde su individualidad y ambas se comportan como un solo sistema físico, o como un solo objeto. Unos científicos chinos han verificado el entrelazamiento de partículas con una distancia en línea recta entre ellas de 1.200 km, que es la distancia entre Delingha y Lijiang.

Como los físicos son muy prácticos, utilizan esta propiedad cuántica del entrelazamiento para varias aplicaciones, con independencia de que tengan o no una explicación para ella. Una de estas aplicaciones es el envío de mensajes cifrados en los ordenadores cuánticos. Aunque las personas normales enviamos miles de mensajes escritos tal como los pensamos, el envío de mensajes cifrados es frecuente y de enorme importancia para la defensa, la industria o las finanzas, que a menudo utilizan mensajes encriptados en sus comunicaciones, mensajes que a veces son interceptados y descifrados sin que ellos se den cuenta. Pues bien, si enviamos un mensaje encriptado ligado de alguna manera a un fotón entrelazado con otro que permanece en nuestro ordenador, quizás no podremos evitar que lo detecten, pero el fotón que se ha quedado en el ordenador nos dará el chivatazo si el mensaje es interceptado. El entrelazamiento también juega un papel importante en la velocidad de la computación cuántica, pues utilizando cúbits (bits cuánticos) entrelazados podemos operar con ellos de forma conjunta, sin tener que hacer operaciones repetitivas individualizadas en cada uno de ellos.

Pero como la ciencia es constante en su avance, nunca olvidó la paradoja EPR de 1935, y en el año 2019 se consiguió una fotografía del entrelazamiento cuántico como la que encabeza este artículo. En ella se ven cuatro pares de fotones entrelazados entre sí dos a dos, y cómo los dos fotones de cada pareja entrelazada parecen reflejarse uno en el otro esbozando un anillo. Esta fotografía la consiguieron Antoine Moreau y sus colaboradores, de la universidad de Glasgow, y la publicó la revista Science Advances.

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