Exploradores del entrelazamiento cuántico ganan el Premio Nobel de Física 2022

El Premio Nobel de Física de este año fue otorgado en partes iguales a Alain Aspect de la Universidad de París-Saclay, John F. Clauser de JF Clauser & Associates y Anton Zeilinger de la Universidad de Viena por su trabajo innovador en mecánica cuántica y ciencia de la información cuántica. .

Trabajando de forma independiente, cada uno de los tres investigadores forjó nuevos experimentos que demuestran e investigan el entrelazamiento cuántico, el curioso fenómeno en el que existen dos o más partículas en un estado entrelazado. En esta extraña situación, una acción realizada sobre una de las partículas puede propagarse instantáneamente a través de todo el conjunto enredado, determinando el comportamiento de las otras partículas, incluso si están separadas por grandes distancias. Si un observador determina el estado de una de esas partículas, sus contrapartes entrelazadas reflejarán instantáneamente ese estado, ya sea que estén en la misma habitación que el observador o en una galaxia en el lado opuesto del universo. Aunque este fenómeno se ha convertido en un aspecto esencial de las tecnologías cuánticas modernas, es tan contrario a la intuición y aparentemente imposible que Albert Einstein lo ridiculizó una vez como «acción espeluznante a distancia».

El trabajo de los científicos ha abordado colectivamente preguntas fundamentales que fueron profundamente investigadas en la década de 1960 por el físico norirlandés John Stewart Bell, quien trató de comprender qué implica el «espeluznante» entrelazamiento sobre la naturaleza fundamental de la realidad. Bell propuso una forma de probar experimentalmente si las peculiaridades del entrelazamiento realmente involucraban las llamadas variables ocultas que no se tenían en cuenta en la teoría cuántica. Si es así, tales variables ocultas ayudarían a los investigadores a explicar cómo las partículas entrelazadas logran reflejar el estado de las demás sin que la información viaje entre ellas más rápido que la velocidad de la luz, una violación profunda de uno de los principios más fundamentales de la física. Tales «pruebas de Bell» contienen muchas lagunas potenciales que podrían confundir sus resultados, y durante décadas, legiones de investigadores han trabajado arduamente para cerrarlas.

En 1969, Clauser fue el primero en concebir una prueba práctica de Bell, que consistía en medir el entrelazamiento cuántico determinando la polarización de pares de fotones lanzados en direcciones opuestas. Luego realizó el experimento en 1972 junto con el difunto Stuart Freedman, quien entonces era un estudiante de posgrado, y confirmó que los fotones actuaron en conjunto a pesar de su separación física. El trabajo de Clauser indicó que las variables ocultas no podían explicar los efectos del entrelazamiento, lo que sugiere que la teoría cuántica permaneció intacta como una descripción esencialmente completa de la realidad.

Pero quedaban innumerables lagunas. Y unos 10 años después, después de refinar el experimento de Clauser, Aspect y sus colaboradores cerraron uno de ellos al desarrollar una forma de cambiar las direcciones de los pares de fotones entrelazados en milmillonésimas de segundo, después de que los fotones abandonaron su fuente pero antes de que llegaran a un punto. detector. Esto aseguró que las configuraciones de medición que existían cuando se emitieron los fotones no pudieran afectar el resultado final, reforzando en gran medida la noción de que las variables ocultas no existen. Independientemente de lo que ocurra fundamentalmente durante la medición de partículas entrelazadas, el trabajo de Aspect mostró que lo hace dentro de los límites de la teoría cuántica existente.

Zeilinger y su grupo ampliaron enormemente el uso y el estudio de los estados cuánticos entrelazados. Se convirtieron en los primeros investigadores en demostrar (entre muchos otros fenómenos curiosos) un comportamiento llamado teletransportación cuántica, que permite mover estados cuánticos de una partícula a otra a través de distancias arbitrarias.

Eva Olsson, miembro del Comité Nobel de Física, dijo que el trabajo de Aspect, Clauser y Zeilinger ha «abierto puertas a otro mundo y ha sacudido los cimientos de cómo interpretamos las medidas».

En conjunto, la investigación del trío ha contribuido en gran medida a la ciencia de la información cuántica, el campo científico que sustenta la carrera en curso para desarrollar dispositivos y técnicas prácticas que aprovechan los principios cuánticos para lograr avances en la informática, las comunicaciones y la criptografía.

“El trabajo de Aspect, Clauser y Zeilinger proporciona el método teórico práctico y las mediciones experimentales concluyentes que subrayan la distinción entre los mundos cuántico y clásico, mostrando que los objetos cuánticos se pueden relacionar a través del entrelazamiento de una manera que no es posible con los objetos clásicos”. dice Andrew Cleland, físico cuántico de la Universidad de Chicago. «Su trabajo forma la base fundamental para la computación cuántica y la comunicación cuántica».

Esta historia se actualizará a lo largo del día con más información..