El entrelazamiento cuántico es el concepto más extraño del universo. Es la capacidad de dos o más objetos de depender entre sí, sin ninguna conexión medible entre ellos, ni siquiera luz.
Pero tampoco es una fuerza mágica ni pseudocientífica. Aquí está cómo funciona realmente el entrelazamiento, para que lo juzgues por ti mismo.
Definición
El entrelazamiento es una dependencia entre dos mediciones cuánticas.
Nota: nada conecta a los dos, ni siquiera la luz viaja entre ellos.
Pruébalo tú mismo
Abajo hay una demostración de dos qubits entrelazados, compartidos entre Alice y Bob. ¡Intenta “medir” sus qubits para encontrar un patrón!
No measurements yet.
No measurements yet.
Whichever basis you measure in, Alice and Bob always come out opposite.
¿Qué descubriste? Aquí van dos conclusiones:
1. Si mides en la misma dirección sobre ambos qubits, siempre apuntan en direcciones opuestas. ¿Cómo sabe el qubit de Bob lo que obtuvo Alice, y viceversa? Esa es la parte espeluznante. Podemos demostrar que los qubits entrelazados reales sí lo saben, incluso cuando están separados por enormes distancias y se miden de forma instantánea. Esta conexión es más rápida que la luz, lo que no debería ser posible.
2. Una vez medidos, los qubits entrelazados dejan de estar entrelazados. Los qubits simplemente devuelven la misma respuesta de forma determinista una y otra vez. Por eso, puedes ver el entrelazamiento como un recurso consumible: una vez que lo gastas midiendo, se acabó.
¿Cómo creamos entrelazamiento en la vida real?
Respuesta corta: acerca dos qubits.
Muchos tipos de qubits se entrelazan naturalmente cuando los acercas. Toma, por ejemplo, dos electrones en el mismo orbital, como los dos electrones del helio. Estos están entrelazados de forma natural.
Otro ejemplo: spines de electrones en una computadora cuántica de átomos neutros. Los entrelazamos maniobrando los átomos que contienen esos electrones para acercarlos, y luego disparándolos con un láser especial. Eso desencadena una interacción llamada interacción de Rydberg, que entrelaza a los dos.
¿Quién decide qué significa “arriba”?
Aquí está la clave. No hay un “arriba” absoluto en el universo. Tu arriba es distinto del arriba de Australia. Entonces, cuando decimos que los dos átomos van a apuntar siempre en direcciones opuestas: ¿opuestas respecto a qué eje?
La respuesta es la parte más extraña de todo esto. Resulta que: tu aparato de medición decide qué cuenta como arriba.
Cuando mides el spin de un átomo, nunca puedes simplemente leer su dirección. El spin podría estar apuntando a cualquier sitio del espacio, pero solo puedes hacer una pregunta: ¿está alineado con este eje o en contra? Tú eliges el eje. La respuesta vuelve como “arriba” o “abajo.” Ese es un límite duro, ninguna medición que hayamos construido lo evita. Según la mecánica cuántica, ni siquiera debería ser posible. (Aunque, quién sabe. Quizá tú encuentres la forma.)
“¿Pero no estará simplemente predeterminado?”
Podrías decir: quizá las direcciones se fijaron cuando juntamos los átomos, no al medirlos. Quizá un átomo iba a ser siempre arriba y el otro siempre abajo. Quizá solo los estás descubriendo al medir, y no hay nada raro pasando.
Parece la conclusión obvia. Pero es errónea, y aquí está el porqué.
De alguna manera, después de medir tu qubit, el otro se ajusta inmediatamente al eje en el que mediste. Si mediste arriba/abajo, el otro queda en arriba o abajo. Lo mismo si mediste lado a lado. Tu intención se transfiere de algún modo al otro qubit.
De hecho, el experimento que demostró esto ganó el Premio Nobel de Física en 2022. Puedes ver un atisbo en la sección de abajo, pero si quieres entender el experimento por ti mismo, pasa a la siguiente guía sobre la desigualdad CHSH.
Dicho esto: es imposible enviar información de esta forma, porque no decides hacia dónde va el qubit (arriba o abajo). Eso es puramente aleatorio.
Más rápido que la luz
Puedes medir esto sucediendo significativamente más rápido de lo que la luz podría viajar entre los dos átomos.
En 2012, el grupo de Anton Zeilinger realizó exactamente este tipo de experimento entre dos islas Canarias: La Palma y Tenerife, a 143 km (unas 89 millas) de distancia. Entrelazaron pares de fotones (que se comportan igual que los spines atómicos para este propósito), los enviaron a través del hueco y midieron ambos extremos.
Sus relojes estaban sincronizados con unos 3 nanosegundos. La luz tarda unos 477.000 nanosegundos en hacer el recorrido. Las correlaciones entre los fotones aparecieron más rápido de lo que cualquier señal a velocidad de la luz entre ellos podría explicar.
Experimentos de este tipo le valieron a Zeilinger el Premio Nobel de Física 2022, junto con Alain Aspect y John Clauser, que habían hecho versiones anteriores en 1982 y 1972.
¿Puedes usarlo para enviar mensajes?
Así que, al final, hay conexiones entre cosas más rápidas que la luz, y a las que no les importa la distancia. Es como un agujero de gusano. De algún modo, tu decisión sobre en qué dirección medir afecta al compañero.
Pero aquí está el último giro: no puedes usar esto para enviar información. La conexión es real, pero no puede llevar una señal; no hay forma de controlar lo que ve la otra persona.
El porqué es el tema de la siguiente guía. Mantente atento.
Sostenlas
Dos qubits que puedes sostener en tus manos.
Qubi es un qubit modelo. Empareja un par, ejecuta las puertas y construye, al tacto, la intuición que esta guía acaba de exponer.