El Premio Nobel de Física 2022 fue otorgado a tres científicos que sentaron las bases para la construcción de computadoras cuánticas, redes cuánticas y comunicación cuántica; que harán más segura y rápida la digitalización de la economía, la salud, la educación y hasta la administración pública.

La Real Academia Sueca de Ciencias informó, este martes, que el Nobel de Física será compartido este año por los investigadores Alain Aspect, de Francia; John Clauser, de Estados Unidos, y Anton Zeilinger, de Austria, quienes demostraron que los fotones entrelazados son mucho más estables de lo que se pensaba, con lo cual es posible realizar procesos más complejos en la ciencia de la información cuántica.

Cuando dos partículas están en estados cuánticos entrelazados, alguien que mide una propiedad de una partícula puede determinar inmediatamente el resultado de una medición equivalente en la otra partícula, sin necesidad de verificar.

Los estados cuánticos entrelazados tienen el potencial de nuevas formas de almacenar, transferir y procesar información.

ENTRELAZADO DURADERO

Un factor clave en este desarrollo ha sido entender cómo la mecánica cuántica permite que dos o más partículas existan en lo que se llama un estado entrelazado. Lo que le sucede a una de las partículas en un par entrelazado determina lo que le sucede a la otra partícula, incluso si están muy separadas.

Durante mucho tiempo, la pregunta fue si la correlación se debía a que las partículas en un par entrelazado contenían variables ocultas, instrucciones que les dicen qué resultado deben dar en un experimento. En la década de 1960, John Stewart Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre. Esto establece que si hay variables ocultas, la correlación entre los resultados de un gran número de mediciones nunca excederá un cierto valor. Sin embargo, la mecánica cuántica predice que un cierto tipo de experimento violará la desigualdad de Bell, lo que resultará en una correlación más fuerte de lo que sería posible de otra manera.

John Clauser desarrolló las ideas de John Bell, lo que llevó a un experimento práctico. Cuando tomó las mediciones, apoyaron la mecánica cuántica al violar claramente una desigualdad de Bell. Esto significa que la mecánica cuántica no puede ser reemplazada por una teoría que utiliza variables ocultas.

Algunas lagunas quedaron después del experimento de John Clauser. Alain Aspect desarrolló la configuración, usándola de una manera que cerró una laguna importante. Pudo cambiar la configuración de medición después de que un par entrelazado hubiera abandonado su fuente, por lo que la configuración que existía cuando se emitieron no pudo afectar el resultado.

Usando herramientas refinadas y una larga serie de experimentos, Anton Zeilinger comenzó a usar estados cuánticos entrelazados. Entre otras cosas, su grupo de investigación ha demostrado un fenómeno llamado teletransportación cuántica, que permite mover un estado cuántico de una partícula a una a distancia.

Cosas interesantes suceden si las partículas en un par entrelazado viajan en direcciones opuestas y una de ellas se encuentra con una tercera partícula de tal manera que se enredan. A continuación, entran en un nuevo estado compartido. La tercera partícula pierde su identidad, pero sus propiedades originales ahora se han transferido a la partícula individual del par original. Esta forma de transferir un estado cuántico desconocido de una partícula a otra se llama teletransportación cuántica. Este tipo de experimento fue realizado por primera vez en 1997 por Anton Zeilinger y sus colegas.

"Se ha vuelto cada vez más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica. Podemos ver que el trabajo de los galardonados con estados entrelazados es de gran importancia, incluso más allá de las preguntas fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica", dice Anders Irbäck, presidente del Comité Nobel de Física.

ESTUDIO

Los pares entrelazados de fotones, partículas de luz, pueden enviarse en direcciones opuestas a través de fibras ópticas y funcionar como señales en una red cuántica. El entrelazamiento entre dos pares permite extender las distancias entre los nodos en dicha red. Existe un límite a la distancia a la que los fotones pueden ser enviados a través de una fibra óptica antes de que sean absorbidos o pierdan sus propiedades. Actualmente se estudia cómo las señales de luz ordinarias se pueden amplificar en el camino.