El Premio Nobel de Física 2021 ha sido otorgado a tres científicos cuyo trabajo fue pionero en una de las pruebas más fascinantes en el mundo de la mecánica cuántica, contradiciendo a Einstein y descubriendo el extraño fenómeno de la teleportación cuántica. John F. Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger ganaron el premio de 10 millones de coronas suecas (US$915,000) por “experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”, anunció la Real Academia Sueca de Ciencias, que es responsable de seleccionar a los premios Nobel de física, el martes 4 de octubre.
El trabajo del trío se centra en el entrelazamiento cuántico, un proceso en el que dos o más partículas cuánticas se acoplan de modo que cualquier cambio en una partícula conducirá a un cambio simultáneo en la otra, incluso si están separadas por distancias enormes, incluso infinitas. Este efecto le da a las computadoras cuánticas la capacidad de realizar múltiples cálculos simultáneamente, aumentando exponencialmente su poder de procesamiento sobre los dispositivos convencionales.
Cuando las predicciones contrarias a la intuición propuestas por la mecánica cuántica, una de las cuales era el entrelazamiento cuántico, se discutieron por primera vez en 1935, no todos los físicos se sintieron cómodos con las implicaciones. Albert Einstein denominó al fenómeno “acción espeluznante a distancia” y propuso que el efecto en realidad se produjo porque las partículas contenían variables ocultas, o instrucciones, que ya habían predeterminado sus estados. Esto significaría que no había necesidad de teletransportarse después de todo.
Los tres físicos que ganaron el premio de hoy demostraron que Einstein estaba equivocado. Sus experimentos prácticos, construidos sobre los cimientos establecidos por primera vez en la década de 1960 por el físico teórico John Stewart Bell, demostraron que el mundo físico se describe mejor no por el modelo de bola de billar discreta de la física newtoniana, sino por un modelo de partículas similares a ondas que se afectan entre sí instantáneamente a través de enormes distancias.
“Lo que hoy se considera lógico, medible y cuantificable fue debatido inicialmente por Niels Bohr y Albert Einstein en términos filosóficos. John Bell transformó el debate filosófico en ciencia y proporcionó predicciones comprobables que impulsaron el trabajo experimental”, dijo Eva Olsson, miembro del comité del Nobel para la física, durante el anuncio del comité el martes 4 de octubre. Olsson dijo que los tres científicos que recibieron el premio de este año “asumieron los desafíos de Bell y los abordaron en sus laboratorios”.
El trabajo comenzó en 1972, cuando John F. Clauser, un físico estadounidense que ahora es el director de la firma de investigación y consultoría J. F. Clauser and Associates, y su colega Stuart Freedman idearon la primera prueba de las ideas de Bell haciendo colisionar átomos de calcio para emitir pares de fotones entrelazados (partículas de luz) antes de pasarlos a través de filtros para llegar a los detectores. Este experimento demostró con éxito que el estado de un fotón dependía de cómo se midió el otro, en el lado opuesto del experimento, y que el cambio ocurrió más rápido de lo que la luz podía viajar. La “acción espeluznante a distancia”, sugirieron sus resultados, podría, de hecho, ser real.
Pero algunos críticos señalaron lagunas en el diseño del experimento de Clauser y Freedman. Uno de los más importantes fue que la medida estaba preestablecida, con los filtros que causaron que los fotones eligieran su estado fijo antes de que las partículas de luz fueran enviadas a volar. Esto significaba que aún podría existir información oculta, con los observadores seleccionando solo fotones cuyos estados parecían estrechamente vinculados y descartando otros que pudieran demostrar un resultado diferente.
En 1980, Alain Aspect, físico de la Université Paris-Saclay, París, refinó el experimento, lo hizo más eficiente y utilizó un dispositivo para cambiar aleatoriamente la configuración de los filtros para que el resultado de cualquier medición ya no se viera influenciado ni remotamente por los experimentadores. Los resultados fueron los mismos que antes. La evidencia abrumadoramente apuntaba a que la mecánica cuántica era instantánea a su alcance.
Luego, en 1989, el físico austriaco Anton Zeilinger, de la Universidad de Viena, construyó sobre estos cimientos, usando un diseño experimental más sofisticado para entrelazar múltiples fotones e incluso demostrando que es posible mover toda la información de una partícula a otra. Zeilinger también mostró que el efecto aún se producía a través de enormes distancias, con partículas entrelazadas separadas por 143 kilómetros que seguían comportándose de acuerdo con las predicciones cuánticas. Este trabajo permitió la creación de redes cuánticas cada vez más grandes, marcando el comienzo de las computadoras cuánticas incipientes de hoy.
“La ciencia de la información cuántica es un campo vibrante y de rápido desarrollo. Tiene implicaciones amplias y potenciales en áreas como la transferencia segura de información, la computación cuántica y la tecnología de detección”, dijo Olsson. “Sus predicciones han abierto puertas a otro mundo, y también ha sacudido los cimientos de cómo interpretamos las medidas”.
Fuente: Live Science.
