Pemio Nobel de Fisica 2022

[BUNAESE]

Aspect, Clauser y Zelinger han desarrollado sendos experimentos que permitieron demostrar que los fenómenos cuánticos no pueden ser descritos con la física clásica y que, por tanto, van más allá, destaca el Comité Nobel.

Estos hallazgos propiciaron que se empezaran a utilizar las propiedades cuánticas para desarrollar nuevas formas de comunicación y computación. En palabras del comité del Nobel de Física: esto es un Nobel que reconoce el poder de la mecánica cuántica.

El comité Nobel explica que un factor clave en el desarrollo de los ordenadores cuánticos, las redes cuánticas y la comunicación cifrada totalmente segura, es cómo la mecánica cuántica permite que dos o más partículas existan en lo que se llama un estado de entrelazamiento cuántico.

Entrelazamiento desconcertante
El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica. Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo.

Durante mucho tiempo, existió la duda de si la correlación entre partículas propia del entrelazamiento se debía a que las partículas entrelazadas contenían variables ocultas, es decir, parámetros desconocidos que serían los responsables de las características estadísticas de la mecánica cuántica.

En 1964, John Stewart Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre: ayuda a marcar una diferencia entre las predicciones que se tienen entre las teorías de variables ocultas locales y la mecánica cuántica.

Según la mecánica cuántica, los valores numéricos que definen las propiedades de una partícula (como su posición, momento o espín) no se encuentran completamente determinados hasta que no se miden.

Primeros desarrollos
Bell demostraba sin embargo que, bajo ciertas condiciones, las predicciones de la mecánica cuántica son incompatibles con las de cualquier otra teoría basada en variables ocultas locales. Lo más importante de su aportación es que las dudas sobre las variables ocultas empezaron a trasladarse a un laboratorio.

Aquí podemos entender mejor el galardón Nobel otorgado este año a John Clauser, porque lo que hizo fue desarrollar las ideas de John Bell a través de un experimento práctico. Así comprobó que la mecánica cuántica no puede ser reemplazada por una teoría que utilice variables ocultas.

Alain Aspect, reconoce el Comité Nobel, desarrolló la propuesta de Clauser, que había dejado algunas lagunas, y apoya el teorema de Bell, aunque sus resultados no fueron del todo concluyentes. Sus experimentos alumbran aspectos fundamentales del comportamiento de la mecánica cuántica en pares de fotones entrelazados.

En este desarrollo conjunto, aparece en tercer lugar Anton Zeilinger, que perfeccionó una serie de experimentos usando el entrelazamiento cuántico hasta alumbrar un fenómeno llamado teletransportación cuántica, que permite trasladar el estado cuántico de una partícula a otra partícula distante. Estableció la violación de Desigualdades de Bell y consolidó la ciencia de la información cuántica que ha cambiado el horizonte tecnológico.

Nuevas tecnologías cuánticas
Clauser, Aspect y Zellinger lograron llevar a la práctica una versión de la propuesta de Bell. Sus resultados, ampliamente comprobados, confirmaron las predicciones de la mecánica cuántica y desterraron la posibilidad de obtener las mismas predicciones mediante teorías de variables ocultas, explica el CERN.

Lo que destaca de todo este proceso el Comité Nobel es que, gracias a este esfuerzo científico, está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica que trasciende las cuestiones fundamentales sobre la interpretación de la mecánica cuántica.

Un debate teórico y experimental que ha unido a Aspect, Clauser y Zeilinger en una trayectoria investigadora cuyos resultados están cambiando tanto el horizonte tecnológico, como la forma que tenemos de entender el mundo.

[BUNAESE]

Siento curiosidad por la mecánica cuántica, en esa faceta del entrelazamiento de partículas, ... Si hay algún físico en este foro que domine el tema sea capaz de explicar los logros de este Nobel para que lo entendamos los aficionados legos en la materia, ... Se lo agradecería.

[heli]

Bunaese, muy interesante, pero es de buena educación citar al autor del texto que has cortado y pegado, Eduardo Martínez de la Fe.
Alguien podría pensar que eres un redactor profesional de noticias de acerca de física cuántica y llevarse una desilusión al comprobar que eres lego en esa materia.

Si sientes curiosidad por la mecánica cuántica y por entrelazamiento de partículas puedes encontrar información muy interesante en internet. No me des las gracias, estamos en este foro para ayudar.

[BUNAESE]

Siento desconoce el protocolo, ... mis disculpas al autor, ... al ser un estudio nuevo supongo que aún no estará desarrollado en internet al menos para mi nivel, ... la pegunta es:

Que es lo que han desarrollado estos te genios?

Me refiero a cuál es el avance respecto a lo que ya había.

[heli]

Estos señores han hecho experimentos muy soficticados acerca de la desigualdad de Bell https://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Bell y de la paradoja EPR https://es.wikipedia.org/wiki/Paradoja_EPR
Lo explica muy bien Francisco R. Villatorto: https://francis.naukas.com/2022/10/04/p ... -cuantica/
Básicamente han realizado experimentos que confirman que la formulación de la mecánica cuántica es correcta y que describe con precisión la ralidad, aunque esa descripción sea muy antiintuitiva y alejada de las observaciones de la física clásica. Y ya puestos, que Albert Einstein estaba equivocado. En sus opiniones, no es sus teorías.

[BUNAESE]

Gracias por la informacion, ... tratare de entender hasta donde pueda.

[Vicente]

Buenos días,

Cuando uno estudia las teorías de la relatividad de Einstein, llega a la conclusión de que si los conceptos de espacio, tiempo y masa son como los imaginamos y definimos, necesariamente debe existir una limitación en la velocidad, que no puede llegar a ser infinita. Ese límite lo alcanzan en el vacío todas las partículas sin masa, entre ellas el fotón y, por ello, la conocemos como velocidad de la luz en el vacío. Se establece el 'principio de localidad' que establece que dos objetos alejados uno de otro no pueden influirse mutuamente de manera instantánea, sino a velocidad inferior a la de la luz. O dicho de otra forma, que un objeto sólo puede ser influido por su entorno local.

Por otra parte, la mecánica cuántica aplicada a partículas o campos, muestra que dos partículas pueden tener sus estados 'entrelazados', lo que implica que el estado de una depende instantáneamente del estado de la otra, independientemente de la distancia a la que se encuentren. Si la distancia es mucha, significa que la velocidad a la que se transmite la información del cambio es superior a la de la luz. ¿Cómo se transmite tal información si no existe partícula o fenómeno capaz de superar la velocidad de la luz?

Se han propuesto muchas hipótesis para solventar la contradicción. La existencia de partículas más veloces (taquiones), los 'atajos' en el espacio o en el tiempo, las variables ocultas (desconocidas), etc. De hecho, muchos científicos pensaban que el entrelazamiento cuántico violaba el principio de localidad y la paradoja de Einstein, Rosen y Podolsky es un 'experimento mental' que trataba de demostrar que el entrelazamiento, y en consecuencia la mecánica cuántica, no era posible.

Sin embargo, los experimentos reales demuestran que el entrelazamiento es un hecho y el premio Nobel de este año reconoce, no solo la demostración del mismo, sino su aprovechamiento tecnológico en nuevas formas de comunicación. Y reafirman la imposibilidad de que sea debido a variables ocultas.

Por tanto, si el entrelazamiento y la mecánica cuántica describen con precisión la realidad, y también lo hacen las teorías de la relatividad ¿Cómo podemos entender que lleven a conclusiones contradictorias? A cualquiera que tratamos de entenderlo 'se nos hace bola'.

En mi opinión, si queremos racionalizarlo deberemos replantearnos los conceptos de espacio y tiempo, incluso el concepto de existencia, mucho más allá de lo que hizo Einstein, para llegar a la conclusión de que, quizás, dos partículas entrelazadas son solo una a pesar de la inmensa distancia que pueda separarlas.

Un saludo

[joseluis7696]

Hay un microexperimento mental, en realidad una banalidad, pero a mi me parece encender una tenue lucesilla:
Supongamos dos bolas iguales pero una blanca y otra negra, así pintadas por el " experimentador". Se envuelven en papel de modo que no se vea el contenido y se manda una a un confín remoto en nuestro planeta.
Ahora, se abre uno de los paquetes y se observa el color de la bola. La otra bola tendrá al observarla, el color opuesto la abierta primero."Spooky action at a distance?" Nos parece obvio que no.
Si en vez de bolas preparamos un par de partículas entrelazadas con spines opuestos y las enviamos a otro confín remoto no se comportarían de manera similar a las bolas iniciales?
Dónde está la diferencia, si la hay?

[BUNAESE]

Entiendo que nada material puede viajar a más velocidad que la luz, ... me pregunto, si una información que no necesite soporte material y por tanto carezca de inercia, no solo podría superar la barrera, si no ser servida en destino de forma inmediata, ... el caso es que el entrelazamiento parece que si lo consigue.

Cuando aceleramos la materia aumentamos su energía y por tanto su masa equivalente, ... una información no material que no necesita soporte material, no necesita ser acelerada y por tanto su energía se mantendría constante e igual a cero.

No es el caso de un fotón, que si tiene energía basada en su frecuencia, seria pues solamente una información carente de energía la que viajaría de forma instantánea a todo lugar del espacio y si en un lugar del espacio se encuentra con su partícula entrelazada esta la recibe y actúa en consecuencia.

Mi propuesta es pues que la información no va de una partícula a otra de forma directa, si no que llena todo el espacio de forma instantánea y por eso no importa donde este la partícula receptora.

[heli]

BUNAESE:
No has entendico compeltamente el experimento. La información es sólo una descripción de alguna propiedad: que la información viaje más rápido que que la luz implica que se transmita "algo" que pueda describir la descripción de la propiedad más rápido que la luz. Pero no sólo se transmite información en el teletransporte cuántico.

joseluis7696:
La realidad con las particulas entrelazadas es parecida pero no igual, los efectos cuánticos no tienen equivalente en el mundo macroscópico. Pero voy a intentar hacer un símil también...
Las bolas no son blancas o negras, son una superposición de blanco y negro al 50€. No sábes cuál es la blanca o la negra mientras no la destapes.
Pero puedes operar con la bola tapada y los resultados de las operaciones darán una vez blanco y otra vez negro con un 50% de probabilidad.
Entonces, si abres una de las bolas y ves el color, la otra bola en el confín el universo deja de comportarse como 50 % blanca y 50% negra y pasa a tener el color opuesto a la descubierta. Ya todas las poeraciones que hagas con ella darán ese resultado fijo y se perderá la probabilidad.

Es el problema de la medida y el colapso de la función de onda: un elemento cuántico no tiene un estado definido (pero tiene una función de probabilidad). Cuando se realiza una medición su función de onda colapsa y queda definido su estado. El estado será distinto en cada experimento pero se respetará la probabilidad definida por su función de onda.

Es decir, el "teletransporte cuántico" no es que nos permita saber el estado de una partícula más rápido que la velocidad de la luz, sino que se modifica la naturaleza de la partícula (se define su estado) más rápido que la velocidad de la luz.

Esto tiene implicaciones en el principio de localidad y de realidad: el universo debe ser local en el sentido que sólo puede ser afectado por eventos locales, y debe ser real en el sentido de que las cosas son como independientemente de si las observamos (midamos) o no. Pero este experimento cuestiona la realidad y la localidad.

El pricincipio de realidad esta relacionado con el dilema: si un árbol cae en el bosque y nadie puede oirlo, ¿hace ruido o no hace ruido?