MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Un experimento detecta la acción fantasmagórica que Einstein rechazaba

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La teoría cuántica predice que la observación de un objeto puede afectar justo en ese momento a otro, aunque esté en la otra punta del universo, un fenómeno en el que Einstein no creía. Pero se acaba de conseguir que dos electrones, separados 1,3 kilómetros en el campus de la Universidad Técnica de Delft (Holanda), se comuniquen de forma ‘invisible’ e instantánea. El avance, en el que ha participado el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, se puede aplicar en criptografía cuántica, pero también confirma lo extraño que es nuestro universo.

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SINC | | 22 octubre 2015 14:00

<p>Campus de la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos) donde se han vinculado de forma cuántica dos electrones situados en dos laboratorios distintos a 1,3 km de distancia. También se muestra una estación de medición intermedia /. Slagboom en Peters BV</p>

Campus de la Universidad Técnica de Delft (Países Bajos) donde se han vinculado de forma cuántica dos electrones situados en dos laboratorios distintos a 1,3 km de distancia. También se muestra una estación de medición intermedia /. Slagboom en Peters BV

En 1935 Albert Einstein ya planteaba que los objetos de la naturaleza solo están influenciados por su entorno más próximo, o bien por ‘variables ocultas’ que los pudieran relacionar si están más lejos. Con lo que no estaba de acuerdo es con una predicción de la teoría cuántica, a la que llamó ‘acción fantasmagórica’ (spooky action), relativa a que dos objetos muy distanciados se puedan comunicar de forma instantánea. En principio, no se puede transmitir información a velocidades superiores a la de luz.

Dos electrones separados 1,3 km se han comunicado de forma ‘invisible’ e instantánea

Desde entonces los científicos no han dejado de debatir e idear experimentos para aclarar este misterio. En 1964 el científico John Bell propuso un teorema y una metodología para demostrar que el planteamiento cuántico está en lo cierto y que las  variables ocultas de Einstein no existen. Esta vía se ha intentado una y otra vez, pero siempre quedaba alguna laguna o vacío (loophole, en inglés) que podía invalidarla desde el punto de vista científico.

Ahora, por fin, un equipo de científicos dirigido por el profesor Ronald Hanson de la Universidad Técnica de Delft (Holanda), parece que ha conseguido la prueba definitiva: un test de Bell sin ninguna laguna. Así se ha logrado que dos electrones separados más de un kilómetro en el campus de su universidad mantengan una conexión ‘invisible’ e instantánea, es decir, se demuestra que la acción fantasmagórica es real.

Los complejos detalles del estudio se publican esta semana en la revista Nature, pero en esencia, el experimento ha consistido en ‘entrelazar’ a dos electrones atrapados en dos diamantes, que estaban en laboratorios alejados a 1.280 m de distancia, y después registrar la orientación de su spin o giro. El entrelazamiento es una misteriosa propiedad cuántica para ‘poner de acuerdo’ a las partículas.

Cuando se observaron los electrones en el experimento, estas partículas se orientaban de forma aleatoria pero, sin embargo, ambas parecían entenderse muy bien. De hecho, tan bien, que es imposible que hayan tenido orientaciones preestablecidas, como sugería Einstein que podría pasar.

Este comportamiento de ‘entendimiento’ solo es posible si los electrones se comunican entre sí, algo muy sorprendente si estaban a casi 1,3 km de distancia. Además, las mediciones se hicieron de forma tan rápida que no hubo ni tiempo para que los electrones pudiesen transmitir información entre ellos, ni siquiera con una señal viajando a la velocidad de la luz.

La tecnología del experimento se puede aplicar a la criptografía cuántica para mejorar la seguridad en las comunicaciones

Esto pone en duda el denominado ‘realismo local’ de Einstein, el que postula que el universo obedece a leyes, no al azar, y que dos objetos suficientemente alejados no pueden interactuar entre sí, solo individualmente por su entorno inmediato. Pero las orientaciones de los electrones estudiados son reales, así que estas partículas se han comunicado de alguna manera, y lo han hecho más rápido que la luz.

Y para excluir la posibilidad de que existan las variables ocultas de Einstein, los científicos han tenido que resolver o cerrar a la vez dos loopholes, algo que no se había logrado hasta ahora. Uno es el de detección, para tener una muestra estadísticamente significativa de correlaciones entre las partículas. Era imprescindible un ratio superior al 75% y se ha conseguido el 80%, con 245 ensayos exitosos.

El otro es el vacío o loophole de localidad, para descartar que las partículas y los detectores estén tan cerca que puedan comunicarse (por eso se separaron más de un kilímetro) y garantizar que existe aleatoriedad en los datos.

Tecnología española en el experimento

Para resolver este aspecto, el equipo de científicos de Delft buscó ayuda en los investigadores del Institututo de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, quienes tienen el récord en haber desarrollado un equipo que genera los números aleatorios cuánticos más rápidos hasta la fecha.

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Generador de números cuánticos aleatorios más rápido del mundo e ilustración del fenómeno de entrelazado entre electrones. / ICFO

El ICFO diseñó un par de ‘dados cuánticos’, que produjeron un bit aleatorio extremadamente puro para cada medición realizada en el experimento. Los bits se produjeron en unos 100 nanosegundos, el tiempo que tarda la luz en viajar únicamente 30 metros, y por tanto un tiempo insuficiente para que los electrones puedan comunicarse entre sí.

“Los dos laboratorios se separaron una distancia de 1,3 km, de tal manera que la información (que puede viajar como mucho a la velocidad de la luz) tardaría unos 400 microsegundos en llegar al otro laboratorio. En este tiempo deben realizarse todas las medidas, si no, el loophole de localidad no se cierra”, explica a Sinc Carlos Abellán, investigador en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y coautor del estudio.

"Y Delft nos pidió ir más allá de la frontera de dispositivos de última tecnología en generación de números aleatorios. Nunca antes un experimento ha requerido de números aleatorios tan buenos y en tan poco tiempo", destaca el científico.

A nivel práctico, Abellán señala que el sector más beneficiado por el estudio es el de la criptografía cuántica: “En los últimos años se está avanzando para que la seguridad se pueda garantizar de manera totalmente independiente al equipamiento que se use. En otras palabras, si el espía que quisiera robar nuestra información fuera el fabricante de nuestro ordenador, no hay nada que este pudiera hacer para hackearnos”.

Por su parte, otro de los autores, el profesor Morgan Mitchell del ICFO, añade: "Trabajar en este experimento nos empujó a desarrollar tecnologías que ahora definitivamente podemos aplicar para mejorar la seguridad en las comunicaciones y la informática de alto rendimiento, u otras áreas que requieran de números aleatorios de alta calidad y a una velocidad muy alta".

En cualquier caso, el experimento de Delft ha refutado de forma casi perfecta la visión del mundo de Einstein sobre que 'nada' viaja más rápido que la luz, e incluso su famosa frase: "Dios no juega a los dados". Al menos uno de estos supuestos debe estar equivocado, y el universo parece que es mucho más extraño de lo que podemos percibir. De hecho, las leyes que lo gobiernan podrían regirse por el azar, por el lanzamiento de dados.

Referencia bibliográfica:

B. Hensen, H. Bernien, A. E. Dréau, A. Reiserer, N. Kalb, M. S. Blok, J. Ruitenberg, R. F. L. Vermeulen, R. N. Schouten, C. Abellán, W. Amaya, V. Pruneri, M. W. Mitchell, M. Markham, D. J. Twitchen, D. Elkouss, S. Wehner, T. H. Taminiau & R. Hanson. “Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres” Nature, 21 de octubre de 2015. DOI: 10.1038/nature15759.

Los investigadores del ICFO que han desarrollado el generador de números aleatorios cuánticos más rápido hasta la fecha son Carlos Abellan, Waldimar Amaya, Valerio Pruneri y Morgan Mitchell.

Zona geográfica: Internacional
Fuente: SINC/ICFO

Comentarios

  • Ivan de la Jara |22. octubre 2015 18:49:26

    Ein? Eso se hizo en españa hace ya un par de años... transmision de datos cuantica...

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  • LuisBravo |23. octubre 2015 09:02:08

    Einsten estaría hoy triste, hay algo más rápido que la velocidad de la luz en el vacío,

    .....la velocidad con la que sube la factura de la luz.

    Para entender porque sube la luz, hay que conocer lista políticos en eléctrica:

    http://es.slideshare.net/Asamblea_Logrono/politica-energia15m

    Responder a este comentario

  • santaklaus |25. octubre 2015 11:30:37

    Y si una de las partículas ha caído en un agujero negro, ¿también seguirían entrelazadas?

    Responder a este comentario

  • Manolo Pablo Otero |25. octubre 2015 11:31:05

    Esto lo realizo hace mas de 50 años Bell, y se conoce como el teorema de Bell, los gallegos como siempre TARDE

    Responder a este comentario

    • Tomas Fernandez |30. octubre 2015 08:45:22

      Tienes razón los gallegos siempre van TARDE porque viven más al oeste y como el sol nace en el este siempre los japoneses PRIMERO. Ten en cuenta que en America Latina van mucho mas tarde que los gallegos porque están más al oeste.

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      • Abraham |06. diciembre 2015 10:37:44

        Pero entonces, ser más western o no depende de cuál meridiano tomes como referencia. En fin, ya nos fuimos por la tangente.

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  • Joaquin Felix Rodriguez Bassecourt |25. octubre 2015 11:31:49

    Si consideramos un volumen universal cuántico angular formado por cubos cuánticos, que serian la intersección de cuantos de espacio esféricos, cuyas aristas tienen la misma longitud que el diámetro un cuanto de masa, siendo toda partícula una integral de cuantos de masa, en cuyo centro de gravedad convergen todos los vectores operativos que determinan la existencia ontológica y fenomenológica de la partícula. La cual como tal partícula es definida por un conjunto volúmenes cuántico angulares universales, que contienen cada uno de ellos la totalidad de la potencialidad existencial que podría corresponder a dicha partícula. A su vez dentro de esa potencialidad existencial esta definida la determinación de la totalidad existencial cinética o concreta que corresponde a dicha partícula, cuya integral existencial esta definida por la integración de todos los periodos cuántico angulares en un periodo existencial o cinético, el cual expresa los valores existenciales concretos de la partícula.

    Cada periodo cuántico existencial se caracteriza por la propiedad ondulatoria de integrar simultáneamente todos los periodos cuántico angulares que forman el periodo cuántico existencial, realizando al mismo tiempo la suma del tiempo cuántico angular de cada uno de ellos.

    Esto que hemos definido para una partícula es valido para todas las partículas y conjuntos de partículas que forman parte del continente másico del conjunto constituido por el volumen universal, dentro de esta perspectiva ampliada o generalizada de la mecánica cuántica.

    Si ahora consideramos el movimiento de una partícula cualquiera del universo tendríamos que esta es igual a longitud cuántica de espacio por un periodo cuántico existencial, lo cual es valido para todas las partículas y conjuntos de partículas comparten inercia cinética. Moviendo que es independiente de la velocidad respectiva de cada partícula o conjunto de partículas.

    Lo que llamamos velocidad de una partícula o conjunto de partículas se correspondería con el numero de periodos cuánticos de tiempo que habrían de transcurrir entre dos movimientos secuénciales de esa partícula o conjunto de partículas. La velocidad de la luz seria igual a una longitud cuántica de espacio por un periodo cuántico existencial del tiempo.

    La distancia entre dos partículas es igual x longitudes cuánticas de espacio, de forma que toda comunicación entre dichas partículas a la velocidad de la luz, se produciría en un tiempo igual a x periodos cuánticos existenciales de tiempo. Pero si consideramos el espacio con respecto a la velocidad como la impedancia espacial entre dos puntos másicos que son dichas partículas, si dichas partículas están en resonancia la impedancia espacial entre ambas partículas puede ser cero o como máximo uno.

    En un modelo ampliado o generalizado de la mecánica cuántica esto puede ocurrir sin que constituya un misterio irresoluble, que desgraciadamente sino se resuelve abriría las puertas de par en par al creacionismo físico.

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  • Manolo Pablo Otero |04. noviembre 2015 10:28:25

    Esto lo realizo hace mas de 50 años Bell, y se conoce como el teorema de Bell, los gallegos como siempre TARDE

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  • Sergio Montañez |18. noviembre 2015 09:01:02

    NO, EL ENTRELAZAMIENTO CUÁNTICO NO IMPLICA QUE EXISTAN LAS ACCIONES FANTASMALES A DISTANCIA. Es importante explicarlo bien para que los estudiantes no se confundan:
    https://t.co/0HvyR3ZSdo

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  • Luciano |02. enero 2016 09:30:23

    Aqui en america latina vamos "mas tarde" porque las personas insisten en ver como un monton de monos corre tras un balon,en vez de leer un poco e invertir en investigacion cientifica. Una lamentable realidad.

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