Tuvieron que esperar unos cuarenta años para obtenerlo, pero el Premio Nobel de Física de este año es para tres pioneros cuánticos que en las décadas de 1970 y 1980 fueron los primeros en demostrar con experimentos que el entrelazamiento, una propiedad de la mecánica cuántica en la que las partículas individuales misteriosamente interactúan entre sí conectados – realmente existe. Se trata del francés Alain Aspect (1947), el estadounidense John Clauser (1942) y el austriaco Anton Zeilinger (1945). Con sus experimentos, sentaron las bases para una prometedora tecnología cuántica.
El Comité Nobel anunció la entrega del premio el martes por la mañana en la Real Academia Sueca de Ciencias en Estocolmo. Los tres físicos recibirán su parte del premio de diez millones de coronas suecas (unos 918.000 euros) el 10 de diciembre, aniversario de la muerte de Alfred Nobel.
Ronald Hanson, profesor de QuTech en TU Delft, está gratamente sorprendido. “Estoy en una reunión sobre internet cuántico en Delft y nadie aquí estaba ocupado con el anuncio. Hace unos años siempre pensábamos que estos tres chicos se llevarían el premio, pero ahora no me lo esperaba. Sus experimentos se han llevado a cabo hace mucho tiempo. Es genial que todavía obtengan el Premio Nobel. Han realizado investigaciones innovadoras y su trabajo sobre el entrelazamiento cuántico ha tenido un gran impacto”.
Viaja más rápido que la luz
De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica (la física detrás de las partículas más diminutas), las partículas individuales pueden estar misteriosamente conectadas entre sí, incluso cuando se encuentran a cierta distancia entre sí. Este fenómeno se llama enredo. Significa que una determinada partícula influye en las propiedades de otra partícula, aunque haya una gran distancia entre ellas. Un vínculo tan estrecho fue predicho por el físico Erwin Schrödinger, entre otros.
Albert Einstein pensó que esto era imposible, porque en tal enredo se intercambia información entre las partículas sin que pase el tiempo. Eso significa que la información viaja más rápido que la luz. Y según Einstein, nada puede viajar más rápido que la luz.
En la década de 1960, el físico teórico John Bell ideó un experimento que permitiría ver quién tenía razón, si Einstein o los físicos cuánticos. “Esa prueba de Bell funciona de la siguiente manera”, dice Ronald Hanson. “Supongamos que tienes dos partículas de luz. Vibran en una determinada dirección. Tome un escenario donde hay un cincuenta por ciento de posibilidades de que vibren horizontal o verticalmente. Luego, cuando mida la dirección de la vibración, siempre medirá una dirección de vibración arbitraria. Pero las partículas entrelazadas comparten propiedades. Si una partícula de luz vibra horizontalmente, la otra vibra verticalmente. Si mide una vibración horizontal durante la primera medición, puede estar 100% seguro de que la segunda partícula vibra verticalmente de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica. Al repetir este tipo de medidas, puede mostrar que existe un enredo”.
John Clauser le dio un giro a este experimento, haciéndolo más fácil de realizar. La versión de Bell planteó exigencias inviables a los detectores utilizados para medir las partículas. Clauser logró usar detectores más simples. El estadounidense también fue el primero en realizar él mismo el experimento de Bell, junto con su ahora fallecido colega Stuart Freedman. Los resultados demostraron que Einstein estaba equivocado. Hanson: “Pero entonces el equipo de medición no era tan bueno y la gente aún no estaba convencida”. Esa convicción llegó a principios de la década de 1980 cuando el francés Alain Aspect repitió el experimento con un mejor equipo de medición.
Teletransportación cuántica
Freedman, Clauser y Aspect fueron los primeros en demostrar que el entrelazamiento cuántico realmente existía. Lo especial es que con sus experimentos remaron contra la corriente, dice Hanson. “Aquí en la reunión, no tenemos que argumentar que los experimentos de entrelazamiento cuántico valen la pena. En los días de Clauser y Aspect no estaba nada claro que todo esto fuera real y qué tipo de aplicaciones se iban a enredar. Bell ya falleció, de lo contrario, seguramente también habría recibido un Premio Nobel”.
Una aplicación importante de este descubrimiento es la Internet cuántica segura, basada en la teletransportación cuántica. Cuando dos partículas están entrelazadas, la información puede enviarse entre esas partículas sin que esa información tenga que viajar una distancia. De esa manera, la información no se puede aprovechar en el camino.
Anton Zeilinger fue el primero en demostrar que la teletransportación cuántica era posible de esta forma. También amplió el experimento de Bell. En lugar de un par de partículas, el austriaco trabajó con dos pares al mismo tiempo.
El profesor de física Alexander Brinkman de la Universidad de Twente explica que la teletransportación cuántica no significa que la información cuántica viaje más rápido que la luz. “La información cuántica en sí misma puede llegar a la partícula entrelazada de inmediato, pero también debe enviar información que le indique cómo leer esa información cuántica. Y esa información que la acompaña nunca puede viajar más rápido que la luz”.
satélite chino
En Delft, el grupo de Hanson ha creado el enredo más largo hasta la fecha a partir de chips de computadora. En 2015, su equipo llevó dos chips a diferentes laboratorios en los extremos del campus, separados por un kilómetro aproximadamente. Podrían enredar ambos chips con una partícula ligera. Se dispararon esas partículas de luz entre sí, después de lo cual se entrelazaron en algún lugar en el medio. De esta forma, las dos fichas también se enredaron.
En 2017, un satélite chino envió partículas entrelazadas a una distancia de 1000 kilómetros. Hanson: “Pero esas partículas de luz por lo general no llegan. Y lo mejor de los experimentos con chips es que sabes exactamente cuándo se creó el enredo, lo cual es esencial para las aplicaciones”.
El desarrollo tecnológico que rodea a la Internet cuántica se está moviendo muy rápido en todo el mundo, dice Alexander Binkman. “Las aplicaciones prácticas del entrelazamiento cuántico están cada vez más cerca. Quizá por eso los tres pioneros cuánticos ahora recibirán el Premio Nobel”.