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El entrelazamiento cuántico


El entrelazamiento cuántico es un fenómeno físico que ocurre cuando pares o grupos de partículas se generan, interactúan o comparten proximidad espacial de forma que el estado cuántico de cada partícula no se puede describir independientemente del estado del otro (s), incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia; en su lugar, se debe describir el estado cuántico como un sistema total.

Las mediciones de propiedades físicas tales como posición, momento, giró y polarización, realizadas sobre partículas entrelazadas se encuentran correlacionadas. Por ejemplo, es posible preparar (enlazar) dos partículas en un solo estado cuántico de espín nulo, de forma que cuando se observe que una gira hacia arriba, la otra automáticamente recibirá una «señal» y se mostrará como girando hacia abajo, pese a la imposibilidad de predecir, según los postulados de la mecánica clásica, qué estado cuántico se observará.

Sin embargo, este comportamiento da lugar a efectos aparentemente paradójicos: cualquier medición de una propiedad de una partícula entrelazada desencadena un colapso irreversible en esa partícula y cambiará el estado cuántico original. En el caso de partículas enredadas, tal medida será en el sistema entrelazado como un todo.

Dado que las estadísticas de estas mediciones no pueden ser replicadas por modelos en los que cada partícula tiene su propio estado independiente del otro, parece que una de las partícula del sistema de dos partículas entrelazadas "sabe" qué medida se ha realizado en la otra partícula y también "sabe" incluso el resultado, aunque no estén conectadas por ningún medio para que dicha información se comunique entre las partículas, aun cuando en el momento de la medición las partículas entrelazadas están separadas arbitrariamente por grandes distancias.

Tales fenómenos fueron el tema de un artículo de 1935 de Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, y varios artículos de Erwin Schrödinger poco después, describiendo lo que ahora se conoce como la paradoja de EPR. Einstein y otros consideraron que tal comportamiento era imposible, ya que violaba la visión realista local de la causalidad (Einstein se refería al entrelazamiento cuántico como "acción espeluznante a distancia") y argumentó que la formulación aceptada de la mecánica cuántica debe, por lo tanto, ser incompleta. Más tarde, las predicciones de la mecánica cuántica se verificaron experimentalmente en pruebas donde la polarización o giro de partículas entrelazadas se midieron en ubicaciones separadas, violando estadísticamente la desigualdad de Bell, lo que demuestra que la concepción clásica del "realismo visual" no puede ser correcta.

En pruebas anteriores, no se podía descartar por completo que el resultado de la prueba en un punto pudiera haberse transmitido sutilmente al otro punto, lo que afectaba el resultado en la partícula en la segunda ubicación. Sin embargo, se han llevado a cabo las llamadas pruebas de "ausencia de escapatoria" en las que las ubicaciones se separaron de manera que cualquier forma de comunicación entre las partículas a la velocidad de la luz hubieran llevado más tiempo, en uno de los casos hasta 10.000 veces más, que el intervalo entre las mediciones. Dado que la comunicación más rápida que la velocidad de la luz es imposible, de acuerdo con la teoría especial de la relatividad, cualquier duda sobre el enredo debido a tal vacío se ha anulado.

De acuerdo con algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, el efecto de una medición ocurre instantáneamente en un sistema entrelazado cuántico. Otras interpretaciones que no reconocen el colapso de la función de onda, disputan que no existe ninguna forma de algún "efecto". Después de todo, si la separación entre dos eventos es similar a un espacio, los observadores en diferentes marcos inerciales estarán en desacuerdo sobre el orden de los eventos.


Ejemplo

José verá que la detección en el punto A ocurrió primero, y no podría haber sido causada por la medición en el punto B, mientras que María (moviéndose a una velocidad diferente) estará segura de que la medición en el punto B ocurrió primero y no pudo haber sido causado por la medida A. Por supuesto, tanto José como María tienen razón: no hay causa y efecto demostrables. Sin embargo, todas las interpretaciones coinciden en que el entrelazado produce una correlación entre las mediciones, y que la información mutua entre las partículas entrelazadas puede explotarse para el desarrollo de nuevas tecnologías, pero que cualquier transmisión de información a velocidades más rápidas que la luz es imposible.

En noviembre de 2016, los investigadores realizaron Experimentos de Prueba de Bell en los que se cerraron más "vacíos" relacionados con la nebulosa que envuelve el entrelazamiento cuántico.

El enredo se considera fundamental para la mecánica cuántica, aunque no se reconocía al principio. El enredo cuántico se ha demostrado experimentalmente con fotones, neutrinos, electrones, moléculas del tamaño de buckybolas e incluso pequeños diamantes. La utilización de enredos en comunicación y computación es un área de investigación muy activa.


Métodos para crear enredos cuánticos

El enredo generalmente se crea por interacciones directas entre partículas subatómicas. Estas interacciones pueden tomar numerosas formas. Uno de los métodos más comúnmente utilizados es la Conversión Descendente Paramétrica Espontánea, para generar un par de fotones enredados en la polarización.

Otros métodos incluyen el uso de un acoplador de fibra para confinar y mezclar fotones, fotones emitidos por la cascada de decaimiento del bi-exciton en un punto cuántico, el uso del Efecto Hong-Ou-Mandel, etc., en la etapa más temprana del teorema de Bell, las partículas enredadas se generaron usando cascadas de colisión atómica.

También es posible crear enredos entre sistemas cuánticos que nunca interactuaron directamente, mediante el uso de intercambio de enredos. Dos partículas idénticas, preparadas de forma independiente, también pueden enredarse si sus funciones de onda simplemente se solapan espacialmente, al menos parcialmente.

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