¿Entrelazamiento cuántico universal?

En sus fundamentos físicos más profundos, el universo parece comportarse como una unidad, un único sistema cuántico en vez de muchos independientes.

A partir de esta reflexión, unos físicos han llegado a la conclusión de que el hecho de que todas las partículas subatómicas del mismo tipo sean indistinguibles, puede asociarse a un concepto más amplio del entrelazamiento cuántico.

En ese sentido, todas las partículas del mismo tipo (por ejemplo, electrones) podrían, en cierto modo, estar entrelazadas cuánticamente entre sí, incluidas las de la Tierra y las de las galaxias más distantes. Esta sorprendente posibilidad se deduce de un postulado fundamental de la mecánica cuántica: las partículas del mismo tipo son, por su propia naturaleza, idénticas. ¿Significa esto que tenemos a nuestro alcance una fuente universal de entrelazamiento cuántico? ¿Y podemos, de alguna manera, burlar la teoría cuántica, que protege con tanto celo el acceso a este extraordinario recurso? Respuestas a estas preguntas han sido proporcionadas por Pawel Blasiak, del Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear, y Marcin Markiewicz, del Instituto de Informática Teórica y Aplicada, ambas instituciones dependientes de la Academia Polaca de Ciencias.

Las conclusiones a las que han llegado estos dos científicos muestran cómo la identidad misma de las partículas da lugar a una no localidad cuántica observable.

Blasiak y Markiewicz han analizado el entrelazamiento cuántico fundamental de partículas idénticas, basándose directamente en el concepto de no localidad de John Bell. Si bien el entrelazamiento cuántico es un concepto firmemente arraigado en el marco abstracto de la teoría cuántica, la localidad es mucho más intuitiva y universal. Refleja la idea de sentido común de que los eventos siguen una cadena de causas y efectos que se propagan por el espacio a una velocidad finita, nunca superior a la de la luz. Cuando no existe tal explicación, entramos en el ámbito de los fenómenos no locales. Esta fue la esencia del descubrimiento realizado por el físico irlandés John Stewart Bell, quien señaló un experimento teórico que no podía explicarse dentro de un marco de referencia basado en una ubicación concreta en el espacio. El elemento clave de este experimento es el entrelazamiento cuántico entre sistemas separados, en los que los investigadores de ese experimento (tradicionalmente llamados Alice y Bob) pueden realizar mediciones arbitrarias e independientes.

En su estudio, Blasiak y Markiewicz presentan un criterio que permite la identificación clara de la no localidad para cualquier estado que contenga una cantidad fija de partículas idénticas. Las conclusiones son sorprendentes: todos los estados fermiónicos y casi todos los bosónicos resultan ser recursos no locales.

¿Se podría considerar que todas las partículas subatómicas del mismo tipo (por ejemplo, electrones) están entrelazadas cuánticamente entre sí, incluyendo las de la Tierra y las de las galaxias más distantes? La imagen es una recreación artística de partículas subatómicas de un mismo tipo. (Ilustración: Amazings / NCYT)

“Nuestra investigación revela que la indistinguibilidad misma de las partículas oculta una fuente de entrelazamiento a la que podemos acceder. ¿Podría, entonces, estar la no localidad entretejida en la estructura del universo mismo? Todo parece indicar que así es, y que la fuente de esta extraordinaria propiedad reside en el postulado aparentemente simple de la naturaleza idéntica de las partículas del mismo tipo”, concluye Blasiak.

De todos modos, tal como advierten los autores del estudio, aún queda mucho por comprender sobre la naturaleza de la realidad y la interpretación de la mecánica cuántica.

El estudio se titula “Identical particles as a genuine non-local resource”. Y se ha publicado en la revista académica npj Quantum Information. (Fuente: NCYT de Amazings)