No, la información cuántica no viaja más rápido que la luz (I)

29/07/2016 51 comentarios
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La física cuántica también respeta el principio físico de que nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Veamos cómo funciona.

Algo tiene la palabra "cuántica", que atrae todo tipo de malentendidos, cuando no mitos y supercherías. Tal vez tengamos tiempo en este blog de analizar con más cuidado algunos de los más dañinos ("curación cuántica" y otras sandeces semejantes), pero hoy me gustaría comentar una confusión muy extendida, que a lo largo de estos años me he encontrado en los ambientes más diversos, desde el subsuelo intelectual de Twitter hasta las pausas para el café de los congresos científicos.

Efectivamente, es muy habitual oír o leer que la mecánica cuántica permite alguna suerte de transmisión instantánea de la información. Sin embargo, eso no es correcto y está relacionado con explicaciones confusas del entrelazamiento cuántico, fenómeno que tantas veces hemos mencionado aquí y que, como ya sabrá el lector, está en la base de las aplicaciones tecnológicas futuras basadas en la física cuántica.

El entrelazamiento cuántico es una propiedad de los sistemas cuánticos que tienen dos o más partes. El ejemplo más usado y sencillo se hace con sistemas de dos niveles ("bits cuánticos" o qubits). Al igual que las monedas tienen cara y cruz, así también los qubits pueden estar en dos estados distintos. Ahora bien, resulta que si tomo dos de estos bits cuánticos, puedo preparar situaciones en las que:

1- en cada uno de las dos "monedas" tengo igual probabilidad de obtener "cara" y "cruz".

2- sin embargo, una vez que he lanzado una de ellas al aire, el resultado de la otra queda determinado. Digamos que si en una he medido cara, ya sé que en la otra tengo cara, y si tengo cruz, ya sé que en la otra tengo cruz.

Esta explicación suele estar aderezada con consideraciones más o menos fantásticas como que esto ocurriría exactamente igual si cada uno de los qubits estuviera en un extremo del Universo (a pesar de que sólo hemos hecho experimentos con qubits separados por menos de 150 km) y alusiones a la famosa frase de Einstein sobre "spooky action at a distance" (acción fantasmal a distancia).

Sin embarrgo, si lo analizamos bien, vemos que no es posible transmitir información instantánea. Imaginemos que yo tengo una de las monedas y la otra la tiene, que sé yo, Scarlett Johansson. Si me limito a hacer medidas sobre mi qubit, sin tener jamás (¡ay!) ninguna comunicación con Scarlett, es imposible que me haga la más mínima idea de lo que le está pasando a la moneda de Scarlett. Para poder obtener esa información, necesito saber que:

a) Scarlett y yo compartimos un sistema que ha sido preparado en un estado con la propiedad 1) mencionada más arriba

b) Scarlett ha "lanzado una moneda al aire".

Scarlett Johansson llamándome para contarme el estado de su qubit tras una medida

Ahora sí, si conozco a) y b) puedo saber en qué estado está la moneda de Scarlett mirando sólo la mía, esto es, sin necesidad de que ella me lo diga. Pero claro, para que yo conozca a) y b), Scarlett me habrá tenido sin duda que mandar un email o un whatsapp (si es que no tiró la servilleta de aquel bar). Y los emails y los whatsapps viajan, querido lector, a velocidades que son, como mucho, tan rápidas como la de la luz, pero no más (le diga lo que le diga su compañía telefónica).

Esto es sólo un ejemplo, pero se puede demostrar con todo rigor y matemáticas que no hay manera de escapar a estas restricciones en la física cuántica (decimos entonces que es una teoría "non-signaling": las señales no van más deprisa que la luz). Hay una consecuencia muy bonita para entender cómo funciona la teleportación cuántica, pero eso... eso es otra historia, como decía el barman de "Irma, la dulce". Y yo se la contaré otro día.

El inolvidable barman de "Irma, La dulce" (Billy Wilder, 1963)