“Una acción espeluznante a distancia”: Nobel de Física 2022 para tres científicos por estudios en mecánica cuántica

El Dr. John F. Clauser, fue el primero en comenzar con la investigación en 1972.

Utilizando cinta adhesiva y piezas de repuesto en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, California, se esforzó por medir el entrelazamiento cuántico disparando miles de fotones en direcciones opuestas para investigar una propiedad conocida como polarización. Cuando midió las polarizaciones de los pares de fotones, mostraron una correlación, demostrando que se había violado un principio llamado desigualdad de Bell y que los pares de fotones estaban entrelazados o actuando en conjunto.

La investigación fue retomada 10 años después por el francés Alain Aspect y en 1998, por el austríaco Anton Zeilinger, quien dirigió otro experimento que consideraba el entrelazamiento entre tres o más partículas.

Los tres fueron galardonados este martes por la Real Academia Sueca con el Premio Nobel de Física 2022. Según el jurado, estos expertos en física han llevado a cabo experimentos innovadores utilizando estados cuánticos entrelazados, en los que dos partículas se comportan como una sola unidad incluso cuando están separadas. “Los resultados han despejado el camino para nuevas tecnologías basadas en información cuántica”, agregó el jurado.

Los tres científicos realizaron experimentos sobre el entrelazamiento cuántico, donde dos partículas se vinculan independientemente del espacio entre ellas, un campo que, según Reuters inquietó al mismo Albert Einstein, quien una vez se refirió a él en una carta como una “acción espeluznante a distancia”.

Carla Hermann, académica del Departamento de Física de la Facultad de ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, comenta que este era un premio que se estaba esperando hace muchos años, sobre todo para Aspect, a quien conoce en persona. “Nosotros sabíamos que él era un candidato al Nobel hace muchos años, simplemente estábamos esperando cuándo se lo iban a dar”.

Sobre los otros candidato, añade que “son tremendos científicos, todos muy visionarios en su épocas de proponer ciertos experimentos y cómo hacerlos. Tremendos personajes de la cuántica”.

“Estoy muy feliz... Empecé este trabajo por primera vez en 1969 y estoy feliz de seguir vivo para poder obtener el premio”, dijo Clauser, de 79 años, a Reuters por teléfono desde su casa en Walnut Creek, California.

Los efectos inefables de la mecánica cuántica están comenzando a encontrar aplicaciones. Ahora existe un gran campo de investigación que incluye computadores cuánticas, redes cuánticas y comunicación cifrada cuántica segura, informó la Academia Sueca.

Un factor clave en este desarrollo es 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.

El comité del Premio señaló que los tres científicos estaban siendo honrados por sus experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica.

“Poder manipular y gestionar estados cuánticos y todas sus capas de propiedades nos da acceso a herramientas con un potencial inesperado”, dijeron en un comunicado en Twitter.

Hermann, explica que la física cuántica es una rama de la física que estudia las leyes que gobiernan a las partículas atómicas o subatómicas.

Esta ciencia se puede aplicar en la metrología cuántica, que es “medir cosas con alta precisión como por ejemplo, la detección de ondas gravitacionales. Todo lo que es la computación cuántica, la información cuántica y comunicaciones seguras” añade la académica.

En el caso de la metrología cuántica, que es la ciencia que estudia las mediciones, se refiere a “cómo yo uso recursos cuánticos para tener medidas de alta precisión”. Uno de los ejemplos más destacados en el ultimo tiempo en este campo, es la detección de ondas gravitacionales, “porque se necesita una precisión muy exacta de esta onda gravitacional que pasa por la Tierra y para medir esta onda se usan recursos cuánticos”.

Asimismo, la cuántica cambia un poco la forma en que uno puede almacenar y procesar información, ya que tiene un potencial muy alto, “mucho más alto que un computador clásico y ese hecho permitiría procesar mayor cantidad de información o más rápidamente, dependiendo de la aplicación que le quieras dar” señala Hermann.

Por último, una de las aplicaciones más importantes de la física cuántica es “que nos permitiría cambiar la forma que tenemos de encriptar información y transmitirla de forma segura”.

En el caso de los galardonados, su investigación tiene que ver específicamente con el generar partículas entrelazadas, fotones entrelazados y las aplicaciones que esto tiene en computación cuántica, información cuántica, y todo lo que es propagación de información de forma segura, comunicaciones cuánticas, “ese es el porqué se otorga el premio” recalca la académica.

El entrelazamiento cuántico, en pocas palabras, significa que las propiedades de una partícula se pueden deducir examinando las propiedades de una segunda partícula, incluso si están separadas por una gran distancia.

Como señaló el comité del Nobel, una manera fácil de imaginar esto era pensar en recibir una de dos bolas, una de las cuales es blanca y la otra negra. Si recibe una bola blanca, sabe que la otra bola es negra.

Sin embargo, es importante destacar que las propiedades de cada partícula no se fijan hasta que se examinan, en el escenario de la bola, esto significaría que ambas bolas son grises hasta que se miran, después de lo cual una se vuelve blanca y la otra negra.

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 indican qué resultado deben dar en un experimento.

En la década de 1960, John Stewart Bell desarrolló la desigualdad matemática que lleva su nombre. Este 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 cierto tipo de experimento violará la desigualdad de Bell, lo que dará como resultado una correlación más fuerte de lo que sería posible de otro modo.

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

Luego del experimento de Clauser, Alain Aspect, de la Universidad de Paris-Saclay, desarrolló la configuración, usándola de una manera que cerró una laguna importante. Pudo cambiar la configuración de medición después de que un par entrelazado había dejado su fuente, por lo que la configuración que existía cuando se emitieron no podía afectar el resultado.

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

“Se ha vuelto cada vez más claro que está surgiendo un nuevo tipo de tecnología cuántica”, dijo Anders Irbäck, presidente del Comité Nobel de Física.

Por lo que trabajando de manera independiente, los tres premiados realizaron experimentos que ayudaron a aclarar una afirmación fundamental sobre el entrelazamiento cuántico, que se refiere al comportamiento de partículas diminutas, como los electrones, que interactuaron en el pasado y luego se separaron.

Eva Olsson, miembro del Comité Nobel de Física, señaló que la ciencia de la información cuántica tiene amplias implicaciones en áreas como la transferencia segura de información y la computación cuántica.

El Dr. Zeilinger describió el premio como “un estímulo para los jóvenes”.

“El premio no sería posible sin los más de 100 jóvenes que trabajaron conmigo a lo largo de los años e hicieron posible todo esto”, añadió

Aunque reconoció que el premio reconocía las futuras aplicaciones de su trabajo, señaló que su consejo sería “hagan lo que les parezca interesante y no se preocupen demasiado por las posibles aplicaciones”.

Por su parte, Clauser comentó que creía que su investigación era una terrible pérdida de su tiempo “y que estaba arruinando mi carrera”.

El ultimo Premio Nobel de Física 2021 fue concedido a dos expertos en la modelización física del cambio climático, el nipo-estadounidense Syukuro Manabe y el alemán Klaus Hasselmann, así como al teórico italiano Giorgio Parisi.

La mitad del premio fue para Manabe, de 80 años, y en Hasselmann, de 79, “por la modelización física del clima de la Tierra y por haber cuantificado la variabilidad y predicho de forma fiable el cambio climático”, indicó el jurado.

La otra mitad fue atribuida a Parisi, de 73 años, “por el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos, desde la escala atómica a la planetaria”.