Hace ya tiempo que vengo abogando aquí por la abolición del término "observador" en la divulgación de la física cuántica. Naturalmente, nadie me hace caso, y luego pasa lo que pasa. El 22 de febrero apareció un artículo en la famosa revista New Scientist, titulado "Quantum experiment suggests there really are 'alternative facts'"("Un experimento cuántico sugiere que sí hay "hechos alternativos"). Sí, "hechos alternativos": ese hallazgo poético de una portavoz del presidente Donald Trump para justificar una de sus mentiras flagrantes. Pensemos en esto con atención: o sea, que se ha hecho un experimento de física cuántica en un laboratorio y eso habría demostrado que los portavoces de los Gobiernos pueden mentir porque, como dice el artículo "la naturaleza de la realidad depende de quién esté mirando". ¿En serio? ¿La Tierra es plana según quién la mire? 

En realidad, el hecho de que algunas cosas sean relativas en física no es un descubrimiento de la física cuántica, sino que es la base de la relatividad, y ni siquiera es un descubrimiento revolucionario de Einstein, sino que se remonta, por lo menos, a Galileo. A nadie se le escapa, por ejemplo, que la posición y la velocidad de los objetos se mide siempre con referencia a algo, y por tanto, distintos "observadores" (palabra que podemos usar tranquilamente en física clásica) harán medidas distintas de la posición y velocidad de las cosas, dependiendo de dónde estén situados y a qué velocidad se muevan ellos mismos. Si estoy quieto en el andén de la estación cuando pasa un tren que se aleja, diré que un tren se mueve más rápido y está más lejos que lo que dirá una persona que va corriendo hacia el tren. Parece bastante lógico, ¿no? Ojo: ¿significa esto que puedo decir cualquier cosa sobre el tren, como que se mueve a la velocidad de la luz, o que no hay un tren, sino que el tren eres tú que fluyes en armonía con el todo etc.? Bueno, pues no. Los distintos observadores (de manera más precisa, los distintos "sistemas de referencia") relacionan sus medidas unos con otros de acuerdo a reglas perfectamente bien definidas, de manera que no todas las cosas que se afirman sobre un sistema físico son ciertas por el mero hecho de que las medidas dependan del observador. Más aún, el principio de relatividad no dice ni muchísimo menos que todo es relativo, sino que dice algo que se parece más bien a lo contrario: las leyes de la física no dependen del sistema de referencia. Las reglas que usan los distintos sistemas de referencia para relacionar sus medidas respetan el hecho de que las leyes de la física son las mismas para los dos observadores. Einstein tampoco tocó este principio esencial (al contrario, explicó cómo aplicarlo correctamente en el caso del electromagnetismo) sino que añadió otro tipo de medidas a aquellas que ya se sabía que eran relativas (como la posición y la velocidad): las medidas del tiempo. Por tanto, cualquier estudiante de física básica, sin necesidad de saber física cuántica y relatividad einsteniana, sabe perfectamente que hay medidas cuyo resultado depende de quién las realiza, mientras que hay otras cosas que no dependen en absoluto del observador.

¿La física cuántica cambia esto? Difícilmente puede hacerlo, ya que por más que nos empeñemos en seguir usando "observador", "observar", "mirar" etc. no es eso lo que ocurre en los experimentos en absoluto. Así, en el experimento al que se refiere el artículo de New Scientist, el "observador es... ¡un fotón! Digámoslo otro vez: no, no es un señor que mira con cara de intenso, sino un maldito fotón. La diferencia es crucial, ya que un fotón sí que puede estar entrelazado (en el sentido de estar en un estado con entrelazamiento cuántico) con otro sistema cuántico (en este caso, otro fotón), mientras que un señor mirando intensamente, no. Y los "hechos" que se miden en el experimento son precisamente los estados de un fotón, que no parece que puedan tener mucho que ver con los hechos a los que nos solemos referir en la vida cotidiana, como el número de asistentes a la toma de posesión de un presidente. 

¿Qué es, en realidad, lo que se ve en el experimento (que se puede leer aquí)? En el fondo, una vez más, lo que se ve es el papel que juegan los aparatos de medida en física cuántica. Las dos o tres lectoras que me siguen recordarán bien qué es el entrelazamiento cuántico. Pensemos en dos bits cuánticos o cubits en un estado con entrelazamiento. Si hacemos medidas en uno solo de ellos, el resultado será que el cúbit está en un estado 0 o en un estado 1. No sabemos si será 0 ó 1, ya que hay una cierta probabilidad de obtener ambos, pero tras realizar una medida el cúbit estará en una de las dos posibilidades. De manera que la descripción del sistema tras la medida será que el cúbit está en un estado bien definido (podrá ser el 0 o el 1, pero ya no será un estado con una cierta probabilidad de obtener 0 y una cierta probabilidad de obtener 1). Pero ahora pensemos que, en lugar de hacer medidas sobre uno de los dos cubits por separado, solo podemos hacer medidas sobre los dos a la vez. Un tipo de medida que se puede hacer es muy importante en información y computación cuántica, y se llama "medida de Bell". Si realizamos una medida de Bell, el resultado es un estado entrelazado de los dos cubits. De manera que, la descripción del sistema tras la medida de Bell sería algo así como: "tenemos un estado entrelazado de dos cubits, donde tenemos una cierta probabilidad de estar en 0 y una cierta probabilidad de estar en 1, para cada uno de los dos cubits". Por tanto, la descripción del sistema es distinta dependiendo de si medimos uno solo de los cubits o si realizamos una medida de Bell de los dos a la vez. 

Crucialmente, la diferencia entre los dos tipos de medidas no tiene absolutamente nada que ver con mirar o dejar de mirar, sino que consiste en usar un aparato de medida u otro. Por tanto, ¡en realidad son dos experimentos distintos! En concreto, en el experimento que nos ocupa ahora (ligeramente más complicado que lo que acabo de describir, por motivos técnicos, pero cuyo principio es exactamente el mismo) la elección de cuál es la medida que se realiza consiste en añadir un aparato llamado "divisor de haz" (beam splitter) o no añadirlo. Un experimento en el que hay un divisor de haz es un experimento distinto a uno en el que no hay un divisor de haz. Esto es lo que realmente nos enseña la física cuántica. Para ilustrar mejor esto he hecho dos experimentos simples con el ordenador cuántico de IBM (ver figura). En la parte superior de la figura, se prepara un estado entrelazado de dos cubits y directamente se mide el estado de uno de ellos. En la parte inferior, preparamos el estado entrelazado y realizamos una medida de Bell. Como se ve, la medida de Bell implica realizar una serie de puertas lógicas sobre los dos cubits, por tanto el segundo experimento es distinto al primero. No es tan sorprendente entonces que los resultados sean distintos: en el primero, obtenemos una probabilidad muy cercana al 50% de que el cubit esté en 0 o en 1, tras 1024 repeticiones. En el segundo, obtenemos casi el 100% de probabilidad de que los dos cubits estén en 00, el resultado esperado para este proceso de medida cuando el estado que se mide es el estado entrelazado que hemos preparado. (Las pequeñas desviaciones respecto al 50% en el primer caso y al 100% en el segundo se deben a los pequeños errores experimentales).

Experimentos sencillos con el ordenador cuántico de IBM, que ilustran dos procesos de medida distintos (ver explicación en el texto) 

Lo sentimos, "trumpianos" y defensores varios de los hechos alternativos, pero tendrán que buscar otra cosa que no sea la socorrida física cuántica para justificar sus ocurrencias. Y a ustedes ¡oh, divulgadores! ¿de verdad que vamos a seguir usando "mirar" y "observar" en artículos de divulgación? 

 Divulgadores, os lo pide él.

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Carlos Sabín
Carlos Sabín

Físico teórico. Investigador "Junior Leader" en el Instituto de Física Fundamental del CSIC.

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