Entrelazamiento cuántico

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El entrelazamiento cuántico [1] [2] es un fenómeno mecánico cuántico en el que los estados cuánticos de dos o más objetos se vuelven interdependientes. Por ejemplo, puede obtener un par de fotones en un estado entrelazado, y luego, si al medir el giro de la primera partícula, su helicidad resulta ser positiva, entonces la helicidad de la segunda siempre resulta ser negativa, y viceversa.

Tal interdependencia persiste incluso si estos objetos están separados en el espacio más allá de los límites de cualquier interacción conocida . La medición del parámetro de una partícula va acompañada de una terminación instantánea (más rápida que la velocidad de la luz [3] ) del estado entrelazado de la otra. El hecho de la presencia del entrelazamiento cuántico como un fenómeno que no contradice la teoría general de la relatividad explica, por ejemplo, la Teoría de Cuerdas .

Historia del estudio

La disputa Bohr-Einstein, la paradoja EPR

En el Quinto Congreso Solvay de 1927, uno de los centros de discusión fue la disputa entre Bohr y Einstein sobre los principios de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica [4] , que, sin embargo, aún no tenía este nombre, que se fijó sólo en la década de 1950 [5] . Einstein insistió en preservar en la física cuántica los principios del determinismo de la física clásica y en interpretar los resultados de las medidas desde el punto de vista de un " observador desapegado" . Por otro lado, Bohr insistió en la naturaleza fundamentalmente no determinista (estadística) de los fenómenos cuánticos y en el efecto inamovible de la medición sobre el estado mismo. El diálogo de Einstein con Bohr se cita a menudo como la quintaesencia de estas disputas : “Dios no juega a los dados . “Albert, no le digas a Dios qué hacer”, así como la pregunta sarcástica de Einstein: “¿De verdad crees que la Luna existe solo cuando la miras?”. [6]

En la continuación de las disputas que comenzaron en 1935, Einstein, Podolsky y Rosen formularon la paradoja EPR , que se suponía que mostraba lo incompleto del modelo propuesto de la mecánica cuántica. Su artículo “¿Puede considerarse completa la descripción mecánica cuántica de la realidad física?” fue publicado en el número 47 de la revista "Physical Review" [7] .

En la paradoja EPR, se violó mentalmente el principio de incertidumbre de Heisenberg : en presencia de dos partículas que tienen un origen común, es posible medir el estado de una partícula y predecir el estado de otra, sobre la cual aún no se ha realizado la medición. hecha. Al analizar sistemas similares teóricamente interdependientes en el mismo año, Schrödinger los llamó "enredados" ( eng. enredados ) [8] . Inglés posterior . enredados e ingleses. enredos se han convertido en términos comunes en las publicaciones en inglés [9] . El propio Schrödinger consideraba que las partículas estaban entrelazadas solo mientras interactuaban físicamente entre sí. Al traspasar los límites de las posibles interacciones, el enredo desaparecía [9] . Es decir, el significado del término en Schrödinger difiere del que actualmente se da a entender.

Einstein no consideró la paradoja EPR como una descripción de ningún fenómeno físico real. Fue precisamente una construcción mental creada para demostrar las contradicciones del principio de incertidumbre. En 1947, en una carta a Max Born , llamó a tal relación entre partículas entrelazadas "acción espeluznante a distancia" ( alemán spukhafte Fernwirkung , acción espeluznante en inglés a distancia en la traducción de Born) [10] :

Por lo tanto, no puedo creerlo, ya que (esta) teoría es irreconciliable con el principio de que la física debe reflejar la realidad en el tiempo y el espacio, sin (algunas) acciones fantasmales de largo alcance.

Texto original (alemán)[ mostrarocultar] Ich kann aber deshalb nicht ernsthaft daran glauben, weil die Theorie mit dem Grundsatz unvereinbar ist, dass die Physik eine Wirklichkeit in Zeit und Raum darstellen soll, ohne spukhafte Fernwirkungen. — «Sistemas entrelazados: nuevas direcciones en física cuántica» [11]

Ya en el próximo número de Physical Review, Bohr publicó su respuesta en un artículo con el mismo encabezamiento que los autores de la paradoja [12] . Los partidarios de Bohr consideraron satisfactoria su respuesta, y la paradoja EPR en sí misma, causada por un malentendido de la esencia del "observador" en la física cuántica por parte de Einstein y sus seguidores [9] . En general, la mayoría de los físicos simplemente se han retirado de las complejidades filosóficas de la interpretación de Copenhague. La ecuación de Schrödinger funcionó, las predicciones coincidieron con los resultados y, en el marco del positivismo , esto fue suficiente. Gribbin escribe sobre esto [13] : "para ir del punto A al punto B, el conductor no necesita saber lo que sucede debajo del capó de su automóvil". Como epígrafe de su libro, Gribbin puso las palabras de Feynman :

Creo que puedo afirmar responsablemente que nadie entiende la mecánica cuántica. Si es posible, deja de preguntarte: "¿Cómo es esto posible?" - ya que serás llevado a un callejón sin salida, del cual nadie ha salido todavía.

Desigualdades de Bell, pruebas experimentales de desigualdades

Este estado de cosas no tuvo mucho éxito para el desarrollo de la teoría y la práctica físicas. El "entrelazamiento" y las "acciones fantasmas de largo alcance" fueron ignoradas durante casi 30 años [9] hasta que el físico irlandés John Bell se interesó en ellas . Inspirado por las ideas de Bohm [14] ( teoría de Broglie-Bohm ), Bell continuó el análisis de la paradoja EPR y en 1964 formuló sus desigualdades [15] [16] . Simplificando en gran medida los componentes matemáticos y físicos, podemos decir que dos situaciones inequívocamente reconocibles se derivaron del trabajo de Bell en mediciones estadísticas de los estados de partículas entrelazadas. Si se determinan los estados de dos partículas entrelazadas en el momento de la separación, entonces se debe cumplir la desigualdad de Bell. Si los estados de dos partículas entrelazadas son indeterminados antes de medir el estado de una de ellas, entonces debe cumplirse otra desigualdad.

Las desigualdades de Bell proporcionaron una base teórica para posibles experimentos físicos, pero a partir de 1964, la base técnica aún no permitía establecerlos. Los primeros experimentos exitosos para probar las desigualdades de Bell fueron realizados por Clauser y Friedman en 1972 [17] . A partir de los resultados, se siguió la incertidumbre del estado de un par de partículas entrelazadas antes de realizar una medición en una de ellas. Y, sin embargo, hasta la década de 1980, la mayoría de los físicos consideraban el entrelazamiento cuántico “no como un nuevo recurso no clásico que se puede explotar, sino más bien como una vergüenza en espera de una aclaración final” [9] .

Sin embargo, los experimentos del grupo de Clauser fueron seguidos por los de Aspe en 1981 [17] . En el experimento clásico de Aspe (ver diagrama ), dos flujos de fotones con espín total cero que emanan de una fuente S se dirigieron a los prismas de Nicol a y b . En ellos, debido a la birrefringencia , las polarizaciones de cada uno de los fotones se separaban en elementales, tras lo cual los haces se dirigían a los detectores D+ y D- . Las señales de los detectores a través de fotomultiplicadores ingresaron al dispositivo de registro R , donde se calculó la desigualdad de Bell.

Los resultados obtenidos tanto en los experimentos de Friedman-Clauser como en los experimentos de Aspe hablaban claramente a favor de la ausencia del realismo local de Einstein : la "acción fantasmal de largo alcance" de un experimento mental finalmente se convirtió en una realidad física. El golpe final a la localidad fue asestado en 1989 por Greenberger-Horn-Zeilinger estados [18] , que sentó las bases para la teletransportación cuántica . En 2010, John Clauser , Alain Aspe y Anton Zeilinger recibieron el Premio Wolf de Física "por contribuciones conceptuales y experimentales fundamentales a los fundamentos de la física cuántica, en particular por una serie de pruebas cada vez más complejas de las desigualdades de Bell (o versiones extendidas de estas desigualdades) usando estados cuánticos entrelazados” [19] .

Laureados del Premio Wolf 2010 en Física
Juan Clauser (izquierda)
Alain Aspe
anton zeilinger

Escenario moderno

Las versiones modernas del experimento descrito anteriormente crean segmentos Sa y Sb de tal longitud que los fotones se registran en áreas del espacio-tiempo que no están conectadas por interacciones conocidas . En 2007, investigadores de la Universidad de Michigan lograron esparcir fotones entrelazados a una distancia récord de 1 m en ese momento [20] [21] .

En 2008, un grupo de investigadores suizos de la Universidad de Ginebra logró separar dos corrientes de fotones entrelazados en una distancia de 18 kilómetros. Entre otras cosas, esto permitió realizar mediciones de tiempo con una precisión previamente inalcanzable. Como resultado, se encontró que si ocurre algún tipo de interacción oculta, entonces la velocidad de su propagación debería ser al menos 100.000 veces la velocidad de la luz en el vacío . A velocidades más bajas, se notarían retrasos de tiempo [22] [23] .

En el verano del mismo año, otro grupo de investigadores del Instituto Austríaco de Óptica Cuántica e Información Cuántica , incluido Zeilinger, logró establecer un experimento aún más grande, esparciendo flujos de fotones entrelazados a 144 kilómetros entre laboratorios en las islas de Palma . y Tenerife . El procesamiento y análisis de un experimento a gran escala de este tipo está en curso; la última versión del informe se publicó en 2010 [24] [25] . En este experimento, fue posible excluir la posible influencia de la distancia insuficiente entre los objetos en el momento de la medición y la libertad insuficiente en la elección de los ajustes de medición. Como resultado, se confirmó una vez más el entrelazamiento cuántico y, en consecuencia, la naturaleza no local de la realidad. Es cierto que queda una tercera influencia posible: una muestra insuficientemente completa. Un experimento en el que las tres influencias potenciales se eliminen simultáneamente es un asunto del futuro a partir de septiembre de 2011.

La mayoría de los experimentos con partículas entrelazadas utilizan fotones. Esto se debe a la relativa facilidad para obtener fotones entrelazados y su transmisión a los detectores, así como a la naturaleza binaria del estado medido ( helicidad positiva o negativa ). Sin embargo, el fenómeno del entrelazamiento cuántico también existe para otras partículas y sus estados. En 2010, un equipo internacional de científicos de Francia, Alemania y España obtuvo e investigó [26] [27] los estados cuánticos entrelazados de electrones , es decir, partículas con masa, en un superconductor sólido hecho de nanotubos de carbono . En 2011, los investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica lograron crear un estado de entrelazamiento cuántico entre un solo átomo de rubidio y un condensado de Bose-Einstein separados 30 m [28] [29] .

En 2017, fue posible detectar experimentalmente estados unidos de tres fotones dentro de una nube de átomos de rubidio, que aparecen bajo la acción de pulsos láser [30] .

El nombre del fenómeno en fuentes en idioma ruso

Con el término inglés estable entrelazamiento cuántico , que se usa de manera bastante constante en las publicaciones en inglés, las obras en ruso muestran una amplia variedad de usos . De los términos encontrados en las fuentes sobre el tema, se pueden nombrar (en orden alfabético):

Estados cuánticos entrelazados [31]
entrelazamiento cuántico
Enredo cuántico [32]
Correlaciones cuánticas [33] [34] (el término es desafortunado debido a la ambigüedad [35] [36] )
No localidad cuántica [37]
Enredo cuántico [38]
Inseparabilidad [39] (como aclaración de las "correlaciones cuánticas")
Enredo cuántico [1]

La prensa popular también utiliza la expresión "entrelazamiento cuántico" [40] .

Esta diversidad puede explicarse por varias razones, incluida la presencia objetiva de dos objetos designados: a) el estado en sí ( eng. entrelazamiento cuántico ) y b) los efectos observados en este estado ( ing. acción espeluznante a distancia ), que difieren en el contexto de muchas obras en ruso, no en la terminología.

Formulación matemática

Obtención de estados cuánticos entrelazados

En el caso más simple, la fuente S de los flujos de fotones entrelazados es cierto material no lineal , sobre el cual se dirige un rayo láser de cierta frecuencia e intensidad (esquema de un solo emisor) [41] . Como resultado de la dispersión paramétrica espontánea (SPS), se obtienen a la salida dos conos de polarización H y V , que transportan pares de fotones en un estado cuántico entrelazado ( bifotones ) [42] .

más [43]
En el tipo II SPR, bajo la acción de la radiación de la bomba de láser polarizado, los bifotones se producen espontáneamente en un cristal de beta-borato de bario, cuya suma de frecuencias es igual a la frecuencia de la radiación de la bomba: ω 1 + ω 2 = ω y las polarizaciones son ortogonales en una base determinada por la orientación del cristal. Debido a la birrefringencia, bajo ciertas condiciones, los fotones tienen la misma frecuencia y se emiten a lo largo de dos conos que no tienen un eje común. En este caso, la polarización es vertical en un cono y horizontal en el otro (con respecto a la orientación del cristal y la polarización de la radiación de la bomba). Con SPR para vectores de onda, también es cierto ${\vec {k_{1}}}+{\vec {k_{2}}}={\vec {k}}$ por lo tanto, si un fotón de un par de bifotones se toma de una línea de intersección de los conos, entonces el segundo fotón siempre se puede tomar de la segunda línea de intersección. En un cristal, los fotones de diferentes polarizaciones se propagan a diferentes velocidades; por lo tanto, en una configuración experimental real, cada haz pasa adicionalmente a través del mismo cristal de medio espesor girado 90°. Además, para nivelar los efectos de polarización, en uno de los haces, las polarizaciones vertical y horizontal se invierten utilizando una combinación de placas de media onda y cuarto de onda. Los miembros del par de bifotones creados como resultado del SPD se pueden denotar con los índices 1 y 2, mientras que: Cada fotón tiene la misma probabilidad de estar en uno de dos estados de polarización , o ${\ estilo de visualización \| x \ ángulo}$ ${\ estilo de visualización \| y \ ángulo}$ las polarizaciones de fotones son ortogonales, cada fotón puede caer en el haz m o n con la misma probabilidad ; llamaremos a esto el estado espacial del fotón: modo y modo ${\ estilo de visualización \| m \ ángulo}$ ${\ estilo de visualización \| n \ ángulo}$ Por analogía con el experimento de la doble rendija , se pueden describir dos opciones posibles para medir la polarización (después de la rotación en uno de los haces, las polarizaciones son las mismas) mediante una superposición de productos y , y opciones posibles para medir los modos espaciales y . ${\ estilo de visualización \| x \ rangle _ {1} \| x \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización \| y \ rangle _ {1} \| y \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización \| m \ rangle _ {1} \| n \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización \| n \ rangle _ {1} \| m \ rangle _ {2}}$ Dado que el estado de polarización y los modos espaciales son independientes entre sí, la función de onda general toma la forma: $\|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(\|x\rangle _{1}\|x\rangle _{2}+e^{i\alpha}\|y \rangle _{1}\|y\rangle _{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(\|m\rangle _{1}\|n\rangle _{2}+e ^{i\beta}\|n\rangle _{1}\|m\rangle _{2})$ Los fotones son bosones, por lo que la función de onda de un par de fotones debe ser simétrica con respecto al índice de permutación. Como resultado de la simetrización, obtenemos: $\|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(\|x\rangle _{1}\|x\rangle _{2}+e^{i\phi}\|y \rangle _{1}\|y\rangle _{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(\|m\rangle _{1}\|n\rangle _{2}+\| n\ángulo _{1}\|m\ángulo _{2})$ Al orientar los cristales de compensación, el factor de fase se puede llevar a 1 y obtenemos la forma final de la función de onda bifotónica: $e^{i\phi}$ $\|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(\|x\rangle _{1}\|x\rangle _{2}+\|y\rangle _{1}\| y\rangle_{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(\|m\rangle_{1}\|n\rangle_{2}+\|n\rangle_{1} \|m\rango _{2})$ El factor que describe el estado de polarización es uno de los cuatro estados máximos entrelazados de Bell: $\|\Phi ^{+}\rangle _{12}={\frac {1}{\sqrt {2))}(\|x\rangle _{1}\|x\rangle _{2}+\| y\ángulo _{1}\|y\ángulo _{2})$

más [43]

En el tipo II SPR, bajo la acción de la radiación de la bomba de láser polarizado, los bifotones se producen espontáneamente en un cristal de beta-borato de bario, cuya suma de frecuencias es igual a la frecuencia de la radiación de la bomba:

ω 1 + ω 2 = ω

y las polarizaciones son ortogonales en una base determinada por la orientación del cristal. Debido a la birrefringencia, bajo ciertas condiciones, los fotones tienen la misma frecuencia y se emiten a lo largo de dos conos que no tienen un eje común. En este caso, la polarización es vertical en un cono y horizontal en el otro (con respecto a la orientación del cristal y la polarización de la radiación de la bomba). Con SPR para vectores de onda, también es cierto

${\vec {k_{1}}}+{\vec {k_{2}}}={\vec {k}}$

por lo tanto, si un fotón de un par de bifotones se toma de una línea de intersección de los conos, entonces el segundo fotón siempre se puede tomar de la segunda línea de intersección.

En un cristal, los fotones de diferentes polarizaciones se propagan a diferentes velocidades; por lo tanto, en una configuración experimental real, cada haz pasa adicionalmente a través del mismo cristal de medio espesor girado 90°. Además, para nivelar los efectos de polarización, en uno de los haces, las polarizaciones vertical y horizontal se invierten utilizando una combinación de placas de media onda y cuarto de onda. Los miembros del par de bifotones creados como resultado del SPD se pueden denotar con los índices 1 y 2, mientras que:

Cada fotón tiene la misma probabilidad de estar en uno de dos estados de polarización , o ${\ estilo de visualización | x \ ángulo}$ ${\ estilo de visualización | y \ ángulo}$
las polarizaciones de fotones son ortogonales,
cada fotón puede caer en el haz m o n con la misma probabilidad ; llamaremos a esto el estado espacial del fotón: modo y modo ${\ estilo de visualización | m \ ángulo}$ ${\ estilo de visualización | n \ ángulo}$

Por analogía con el experimento de la doble rendija , se pueden describir dos opciones posibles para medir la polarización (después de la rotación en uno de los haces, las polarizaciones son las mismas) mediante una superposición de productos y , y opciones posibles para medir los modos espaciales y . ${\ estilo de visualización | x \ rangle _ {1} | x \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización | y \ rangle _ {1} | y \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización | m \ rangle _ {1} | n \ rangle _ {2}}$ ${\ estilo de visualización | n \ rangle _ {1} | m \ rangle _ {2}}$

Dado que el estado de polarización y los modos espaciales son independientes entre sí, la función de onda general toma la forma:

$|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(|x\rangle _{1}|x\rangle _{2}+e^{i\alpha}|y \rangle _{1}|y\rangle _{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(|m\rangle _{1}|n\rangle _{2}+e ^{i\beta}|n\rangle _{1}|m\rangle _{2})$

Los fotones son bosones, por lo que la función de onda de un par de fotones debe ser simétrica con respecto al índice de permutación. Como resultado de la simetrización, obtenemos:

$|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(|x\rangle _{1}|x\rangle _{2}+e^{i\phi}|y \rangle _{1}|y\rangle _{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(|m\rangle _{1}|n\rangle _{2}+| n\ángulo _{1}|m\ángulo _{2})$

Al orientar los cristales de compensación, el factor de fase se puede llevar a 1 y obtenemos la forma final de la función de onda bifotónica: $e^{i\phi}$

$|\Psi \rangle ={\frac {1}{\sqrt {2))}(|x\rangle _{1}|x\rangle _{2}+|y\rangle _{1}| y\rangle_{2})\cdot {\frac {1}{\sqrt {2}}}(|m\rangle_{1}|n\rangle_{2}+|n\rangle_{1} |m\rango _{2})$

El factor que describe el estado de polarización es uno de los cuatro estados máximos entrelazados de Bell:

$|\Phi ^{+}\rangle _{12}={\frac {1}{\sqrt {2))}(|x\rangle _{1}|x\rangle _{2}+| y\ángulo _{1}|y\ángulo _{2})$

La elección de un material específico depende de los objetivos del experimento, la frecuencia y la potencia utilizada [44] [45] . La siguiente tabla enumera solo algunos cristales inorgánicos no lineales de uso frecuente con una estructura de dominio regular [46] (RDS-crystals, inglés periódicamente polarizado ):

Sustancia	Fórmula	Abreviatura
beta borato de bario	β-BaB 2 O 4	BBO
triborato de litio	LiB 3 O 5	LBO
fosfato de titanil potasio	KTiOPO 4	KTP
niobato de potasio	KNbO 3	—

Los cristales de base orgánica no lineales [47] [48] se han convertido en una dirección interesante y relativamente joven . Se suponía que los constituyentes orgánicos de los organismos vivos tenían fuertes propiedades no lineales debido a las posiciones de los orbitales en los enlaces π . Estas suposiciones fueron confirmadas y varios grupos de investigadores obtuvieron cristales no lineales de alta calidad mediante la deshidratación de soluciones saturadas de aminoácidos . Algunos de estos cristales:

Sustancia	Fórmula	Abreviatura
L - arginina maleína dihidrato	C 6 H 14 N 4 O 2 + C 4 H 4 O 4	LAMD
2-L- metionina maleína dihidrato	C 5 H 11 N O 2 S + C 4 H 4 O 4	LMMM

El LMMM de la tabla se obtiene cristalizando una mezcla dos a uno de L-metionina (agente metabólico) y ácido maleico (industria alimentaria), es decir, a partir de sustancias producidas en serie. Al mismo tiempo, la eficiencia de un cristal cultivado correctamente es el 90 % de la KTP inorgánica más costosa y difícil de alcanzar [48] .

Ideas de aplicaciones

Comunicador FTL de Herbert

Justo un año después del experimento de Aspe, en 1982, el físico estadounidense Nick Herbert envió un artículo a la revista Foundations of Physics con la idea de su "comunicador superlumínico basado en un nuevo tipo de medida cuántica" FLASH (First Laser-Amplified Conexión superlumínica). Según un relato posterior de Asher Peres [49] , quien en ese momento era uno de los revisores de la revista, la falacia de la idea era obvia, pero, para su sorpresa, no encontró un teorema físico específico al cual apoyar. podría referirse brevemente. Por ello, insistió en publicar el artículo, ya que "despertaría un marcado interés, y encontrar el error conduciría a un marcado progreso en nuestra comprensión de la física". El artículo fue publicado [50] y, como resultado de la discusión , Wutters , Zurek y Dix demostraron el teorema de no clonación . Así lo cuenta Pérez en su artículo, publicado 20 años después de los hechos narrados.

El teorema de no clonación establece que es imposible crear una copia perfecta de un estado cuántico arbitrario desconocido . Para simplificar mucho la situación, podemos dar un ejemplo con la clonación de seres vivos. Puedes crear una copia genética perfecta de una oveja , pero no puedes "clonar" la vida y el destino del prototipo.

Los científicos suelen ser escépticos de los proyectos con la palabra "superluminal" en el título. A esto se sumó el camino científico poco ortodoxo del propio Herbert. En la década de 1970, él y un amigo de Xerox PARC construyeron una "máquina de escribir en metafase" para la "comunicación con espíritus incorpóreos" [51] (los resultados de los experimentos intensivos no fueron considerados concluyentes por los participantes). Y en 1985 Herbert escribió un libro sobre lo metafísico en la física [52] . En general, los eventos de 1982 comprometieron bastante las ideas de la comunicación cuántica a los ojos de los investigadores potenciales, y hasta finales del siglo XX no hubo avances significativos en esta dirección.

Comunicación cuántica

La teoría de la mecánica cuántica prohíbe la transmisión de información a una velocidad superlumínica. Esto se explica por la naturaleza fundamentalmente probabilística de las mediciones y el teorema de no clonación . Imaginemos a los observadores A y B separados en el espacio , cada uno de los cuales tiene una copia de las cajas entrelazadas cuánticamente con los gatos de Schrödinger , que están en la superposición "vivo-muerto". Si en el momento t1 el observador A abre la caja, es igualmente probable que su gato esté vivo o muerto. Si está vivo, entonces en el momento t2 el observador B abre su caja y encuentra allí un gato muerto. El problema es que antes de la medición inicial, no hay forma de predecir exactamente quién tendrá qué, y después de eso, un gato está vivo, el otro está muerto y la situación no se puede revertir.

En 2006, A. Korotkov y E. Jordan [53] de la Universidad de California encontraron una desviación de las restricciones clásicas debido a mediciones cuánticas débiles . Continuando con la analogía, resultó que no puede abrir la caja, solo levante ligeramente la tapa y mire por la grieta. Si el estado del gato no es satisfactorio, la tapa se puede cerrar inmediatamente y volver a intentarlo. En 2008, otro grupo de investigadores de la Universidad de California anunció una prueba experimental exitosa de esta teoría. La "reencarnación" del gato de Schrödinger se ha hecho posible. El observador A ahora puede abrir y cerrar la tapa de la caja hasta que esté seguro de que el observador B tiene al gato en el estado deseado. [54] [55] [56]

El descubrimiento de la posibilidad de "colapso inverso" en muchos sentidos cambió la idea de los principios básicos de la mecánica cuántica:

Profesor Vlatko Vedral, Universidad de Oxford : "Ahora ni siquiera podemos decir que las medidas forman la realidad, porque puedes eliminar los efectos de las medidas y empezar de nuevo"

Profesor Schlosshauer, Universidad de Melbourne : "El mundo cuántico se ha vuelto aún más frágil y la realidad aún más misteriosa".

- La reencarnación del gato de Schrödinger se ha hecho posible . Consultado el 15 de octubre de 2011. Archivado desde el original el 26 de octubre de 2011.

Surgió la idea no solo de transferir flujos de partículas entrelazadas a receptores separados en el espacio, sino también de almacenar dichas partículas indefinidamente en receptores en estado de superposición para un “uso posterior”. Incluso a partir de los trabajos de Ranjada en 1990 [57] , se conocían tales fibrados de Hopf , que podrían ser soluciones topológicas de las ecuaciones de Maxwell . Traducido al lenguaje ordinario, esto significaba que teóricamente ( matemáticamente ) podría haber situaciones en las que un haz de fotones o un fotón individual circularía interminablemente a lo largo de una trayectoria cerrada compleja, escribiendo un toro en el espacio. Hasta hace poco, era solo otra abstracción matemática . En 2008, investigadores estadounidenses comenzaron a analizar los paquetes resultantes y su posible implementación física. Como resultado, encontraron[ aclarar ] soluciones estables. A partir de septiembre de 2011, no se han informado implementaciones de laboratorio exitosas, pero esto ahora es una cuestión de dificultades técnicas.[ aclarar ] en lugar de limitaciones físicas [58] [59] .

Además del problema del "almacenamiento" de partículas entrelazadas, sigue sin resolverse el problema de la decoherencia , es decir, la pérdida de entrelazamiento de las partículas a lo largo del tiempo debido a la interacción con el entorno. Incluso en el vacío físico , quedan partículas virtuales que deforman con bastante éxito los cuerpos físicos, como lo demuestra el efecto Casimir , y por lo tanto, teóricamente, pueden influir en las partículas entrelazadas.

Teletransportación cuántica

La teletransportación cuántica (que no debe confundirse con la teletransportación ), basada en estados cuánticos entrelazados, se utiliza en áreas muy investigadas como la computación cuántica y la criptografía cuántica .

La idea de la computación cuántica fue propuesta por primera vez por Yu.I. Manin en 1980 [60] . A partir de septiembre de 2011, una computadora cuántica a gran escala sigue siendo un dispositivo hipotético, cuya construcción está asociada con muchos problemas de la teoría cuántica y con la solución del problema de la decoherencia . Ya se están construyendo en laboratorios "minicomputadoras" cuánticas limitadas (a unos pocos qubits ). La primera aplicación exitosa con un resultado útil fue demostrada por un equipo internacional de científicos en 2009. El algoritmo cuántico se utilizó para determinar la energía de la molécula de hidrógeno [61] [62] . Sin embargo, algunos investigadores opinan que el entrelazamiento es, por el contrario, un factor secundario indeseable para las computadoras cuánticas [63] [64] .

La criptografía cuántica se utiliza para enviar mensajes cifrados a través de dos canales de comunicación, cuántico y tradicional. El primer protocolo de distribución de claves cuánticas BB84 fue propuesto [65] por Bennett y Brassard en 1984. Desde entonces, la criptografía cuántica ha sido una de las áreas aplicadas de la física cuántica de rápido desarrollo, y en 2011 varios laboratorios y empresas comerciales habían creado prototipos funcionales de transmisores y receptores [66] .

La idea y el atractivo de la criptografía cuántica no se basan en la fuerza criptográfica "absoluta" , sino en la notificación garantizada tan pronto como alguien intente interceptar un mensaje. Este último se basa en las leyes de la física cuántica conocidas al comienzo del desarrollo y, en primer lugar, en la irreversibilidad del colapso de la función de onda [67] . En relación con el descubrimiento y las pruebas exitosas de mediciones cuánticas débiles reversibles, los fundamentos de la confiabilidad de la criptografía cuántica se han convertido en una gran pregunta [68] [69] . Quizás la criptografía cuántica pase a la historia como un sistema para el que se crearon el prototipo del transmisor "absolutamente fiable" y el prototipo del interceptor de mensajes casi simultáneamente y antes del uso práctico del propio sistema.

Enredo cuántico y la estructura del espacio-tiempo

Según Hiroshi Ooguri , M. Marcolli et al., el entrelazamiento cuántico genera dimensiones adicionales para la teoría gravitacional. El uso de datos sobre el entrelazamiento cuántico en dos dimensiones permite calcular la densidad de la energía del vacío, que en el espacio tridimensional se manifiesta en la interacción gravitacional. Esto permite interpretar el entrelazamiento cuántico como una condición impuesta a la densidad de energía. Estas condiciones deben cumplirse en cualquier teoría cuántica de la gravedad que sea consistente y no contradiga ni la relatividad general ni la mecánica cuántica [70] [71] .

Interpretación física del fenómeno

Interpretación de Copenhague

La interpretación de Bohm

Interpretación de Muchos Mundos

La interpretación de muchos mundos permite [72] [73] representar partículas entrelazadas como proyecciones de todos los estados posibles de la misma partícula de universos paralelos .

Reducción objetiva de Ghirardi-Rimini-Weber

Interpretación transaccional

La interpretación transaccional (TI), propuesta por Cramer en 1986 [74] , asume la presencia de ondas estacionarias simétricas que emanan de partículas dirigidas al pasado y al futuro a lo largo del eje del tiempo. Luego, la interacción se propaga a lo largo de las ondas sin violar el límite de velocidad de la luz, pero para el marco de tiempo del observador, el evento (transacción) ocurre "instantáneamente".

Enredo cuántico de muchas partículas

El entrelazamiento cuántico de muchas partículas es el fenómeno del entrelazamiento cuántico en un sistema cuántico que consta de tres o más subsistemas o partículas. En comparación con el caso de dos partículas, el entrelazamiento cuántico de muchas partículas tiene, en el caso general, una dinámica mucho más rica. Por el momento, el entrelazamiento cuántico de muchas partículas es objeto de estudio intensivo en el campo de la informática cuántica , y es un componente importante de la descripción teórica del funcionamiento de las computadoras cuánticas .

Enredos cuánticos y agujeros de gusano

En un artículo publicado en la revista alemana Fortschritte der Physik en 2013, Maldacena y Susskind afirmaron que un agujero de gusano , técnicamente un puente de Einstein-Rosen , o ER, es el equivalente espaciotemporal del entrelazamiento cuántico. Esto resolvió el problema del cortafuegos . [75] [76]

Un fenómeno en la religión y la cultura popular

Símbolo de bifotón en un artículo en el sitio web de la American Physical Society [77]
Símbolo teológico experimental, cuyo autor decidió utilizar un patrón asociado a veces con el fenómeno del entrelazamiento cuántico [78]
Libro "Buda y Cuántica", librería de Vancouver . Del prefacio: "... podemos entender la física moderna solo si ubicamos el espacio y el tiempo dentro de la conciencia".

Véase también

Notas

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Enlaces

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diccionarios y enciclopedias	Gran catalán gran noruego Britannica (en línea) Treccani
En catálogos bibliográficos	BNF : 166658073 TIERRA : 4409616-1 J9U : 987007570576305171 LCCN : sh2011004527 SUDOC : 166990337