No hay realidad hasta que no la mides, el truco del salón cuántico lo confirma | Ciencias

La luna no existe necesariamente si no la miras. Eso dice la mecánica cuántica, que establece que lo que existe depende de lo que mides. Demostrar la verdad de esta manera generalmente implica comparar probabilidades ambiguas, pero los físicos en China han aclarado este punto. Llevaron a cabo un juego de correspondencias en el que dos jugadores aprovechan los efectos cuánticos para ganar cada vez, algo que no pueden hacer si las medidas revelan la verdad tal como es.

“Hasta donde yo sé, este es el más simple [scenario] Adan Cabello, físico teórico de la Universidad de Sevilla que demostró el juego en 2001. Esta pseudopatología cuántica se basa en correlaciones entre partículas que solo se encuentran en el mundo cuántico, dice Ann Broadbent, científica de información cuántica de la Universidad de Ottawa. “Estamos notando algo que no tiene una contraparte clásica”.

Una partícula cuántica puede existir en dos estados mutuamente excluyentes a la vez. Por ejemplo, un fotón puede polarizarse de modo que su campo eléctrico oscile verticalmente, horizontalmente o en ambas direcciones al mismo tiempo, al menos hasta que se mida. Luego, el estado bidireccional colapsa aleatoriamente en vertical u horizontal. De manera crucial, no importa cómo colapsa el estado bidireccional, el observador no puede asumir que la medición revela solo cómo se polarizó realmente el fotón. La polarización se muestra solo con la medición.

Esta última parte alarmó a Albert Einstein, quien creía que algo como la polarización de un fotón debería tener un valor independiente de si se estaba midiendo o no. Sugirió que las partículas podrían llevar “variables ocultas” que determinan cómo colapsa el estado bidireccional. Sin embargo, en 1964, el teórico británico John Bell encontró una manera de demostrar experimentalmente que tales variables ocultas no podían existir mediante la explotación de un fenómeno conocido como entrelazamiento.

Dos fotones pueden estar entrelazados de manera que cada uno se encuentre en un estado incierto en ambas direcciones, pero sus polarizaciones están tan interconectadas que si uno es horizontal, el otro debe ser vertical y viceversa. Investigar el enredo es difícil. Para hacer esto, tanto Alice como Bob deben tener un dispositivo de medición. Estos dispositivos se pueden orientar de forma independiente, de modo que Alice pueda probar si su fotón está polarizado horizontal o verticalmente, mientras que Bob no puede detectar su detector en ángulo. La orientación relativa de los detectores afecta qué tan cerca están relacionadas sus mediciones.

Bell imagina que Alice y Bob guían aleatoriamente su detector a través de varias medidas y luego comparan los resultados. Si las variables ocultas determinan la polarización del fotón, entonces las correlaciones entre las mediciones de Alice y Bob solo pueden ser muy fuertes. Pero argumentó que la teoría cuántica les permite ser más fuertes. Varios ensayos vieron esas asociaciones más fuertes y excluyeron variables ocultas, aunque solo estadísticamente en muchos ensayos.

Ahora, Xi-Lin Wang y Hui-Tian Wang, físicos de la Universidad de Nanjing, y sus colegas han señalado este punto de manera más explícita con el juego Mermin-Peres. En cada ronda del juego, Alice y Bob comparten no uno, sino un par de fotones entrelazados para tomar las medidas que quieran. Cada jugador también tiene una cuadrícula 3D y llena cada cuadrado con 1 o 1, según el resultado de esas mediciones. En cada ronda, el juez elige al azar una de las filas de Alice y una de las columnas de Bob, que se superponen en un cuadrado. Si Alice y Bob tienen el mismo número en ese cuadrado, ganan la ronda.

Parece fácil: Alice y Bob ponen 1 en cada cuadrado para asegurar una victoria. No tan rapido. Las reglas adicionales de “equivalencia” requieren que todas las entradas en la fila de Alice se multipliquen por 1 y las que se encuentran debajo de la columna de Bob se multipliquen por -1.

Si las variables ocultas predeterminan los resultados de las mediciones, Alice y Bob no pueden ganar todas las rondas. Cada conjunto posible de valores para las variables ocultas define efectivamente una red que ya está llena con -1 y 1. Los resultados de las mediciones reales solo le dicen a Alice cuál elegir. Lo mismo ocurre con Bob. Pero, como se demuestra fácilmente con lápiz y papel, ninguna red por sí sola puede satisfacer las reglas de equivalencia de Alice y Bob. Por lo tanto, sus cuadrículas deben diferir en al menos un cuadrado y, en promedio, pueden ganar ocho de las nueve rondas como máximo.

La mecánica cuántica les permite ganar siempre. Para ello, deben utilizar un conjunto de medidas ideadas en 1990 por David Mermin, teórico de la Universidad de Cornell, y Asher Peres, teórico que trabajó en el Instituto de Tecnología de Israel. Alice hace las medidas relacionadas con los cuadrados de la fila seleccionada por el árbitro, y Bob mide las de los cuadrados de la columna seleccionada. Synapsis asegura la concordancia sobre el número en el cuadrado principal y que sus medidas también se ajustan a las reglas de valencia. Todo el gráfico funciona porque los valores solo se muestran mientras se toman las medidas. El resto de la cuadrícula es irrelevante, ya que no hay valores para las mediciones que Alice y Bob nunca hicieron.

Xi-Lin Wang dice que generar simultáneamente dos pares de fotones entrelazados no es práctico. Entonces, en cambio, los experimentadores usaron un solo par de fotones para entrelazarse de dos maneras: a través de la polarización y lo que se llama momento angular orbital, que determina si un fotón está en una forma de onda espiral izquierda o derecha. La experiencia no es perfecta, pero Alice y Bob ganaron el 93,84% de 1.075.930 rondas, superando el límite del 88,89% con variables ocultas, informó el equipo en un estudio de prensa en mensajes de revisión física.

Otros han demostrado la misma física, dice Capello, pero que Xi-Lin Wang y sus colegas “usan exactamente el lenguaje del juego, lo cual es genial”. Él dice que el programa podría tener aplicaciones prácticas.

Broadbent tiene en cuenta el uso en el mundo real: verificar el funcionamiento de una computadora cuántica. Esta tarea es necesaria pero difícil porque se supone que una computadora cuántica debe hacer cosas que una computadora normal no puede. Sin embargo, dice Broadbent, si el juego está integrado en el software, monitorearlo puede confirmar que la computadora cuántica está manipulando los estados entrelazados como debería.

Xi-Lin Wang dice que el experimento tenía como objetivo principal demostrar el potencial de la tecnología favorita del equipo: los fotones se enredan tanto en la polarización como en el momento angular. “Queremos mejorar la calidad de estos fotones altamente entrelazados”.

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