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  • 10/05/2018

FÍSICA CUÁNTICA

Mecánica cuántica con decisiones humanas

Un experimento relaciona por primera vez el libre albedrío humano con el indeterminismo inherente al mundo cuántico.

Nature

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Interfaz del videojuego creado por los investigadores para incorporar la toma de decisiones humana a un experimento sobre los fundamentos de la teoría cuántica. [ICFO]

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Fronteras de la física cuántica Fronteras de la física cuántica Oct/Dic 2016 Nº 86

Panorama contemporáneo de una teoría fundamentalLa mecánica cuántica nació hace 90 años para explicar las propiedades de los átomos y la luz. Hoy, sin embargo, la teoría es vista a menudo como un formalismo estrechamente ligado a un concepto mucho más abstracto y universal: el de información. Desde finales del siglo pasado, ese enfoque ha dado lugar a una avalancha de publicaciones sobre los fundamentos de la teoría, sus posibilidades computacionales, su relación con el mundo macroscópico y su encaje con la gravedad. De la mano de 17 expertos, este monográfico te ofrece una pincelada única del estado actual de estas líneas de investigación y te brinda un prisma moderno para entender una de las teorías físicas más profundas y fascinantes de todos los tiempos.

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Un experimento realizado de manera simultánea en 12 laboratorios de todo el mundo con la ayuda de unos 100.000 voluntarios ha usado por primera vez el libre albedrío humano para poner a prueba los fundamentos de la mecánica cuántica. Los resultados han confirmado uno de los aspectos centrales y menos intuitivos de esta teoría nonagenaria: el hecho de que, en ausencia de comunicaciones instantáneas entre puntos distantes del espacio (algo prohibido por la teoría de la relatividad), un sistema físico no tiene propiedades bien definidas hasta que estas no se miden en un experimento. La iniciativa, bautizada como BIG Bell Test y coordinada por el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, fue llevada a cabo el 16 de noviembre de 2016. Los resultados se publican ahora en Nature.

Según las leyes cuánticas, es el acto de observación (el proceso de medida) lo que hace que ciertas propiedades de un objeto se tornen reales. Es bien sabido que esta interpretación nunca satisfizo a físicos como Einstein, quien defendió hasta el final de su vida que los sistemas físicos sí debían tener propiedades intrínsecas. De ser el caso, la mecánica cuántica simplemente estaría pasando por alto toda una serie de «variables ocultas», las cuales sí definirían por completo todas las características de un objeto con independencia de que este fuera observado o no. 

En 1964, John Bell demostró que, bajo ciertas condiciones experimentales, las predicciones de cualquier teoría basada en variables ocultas «locales» (que no permitiesen la comunicación instantánea entre puntos distantes del espacio) eran incompatibles con las predicciones de la mecánica cuántica. Aquel resultado, hoy conocido como teorema de Bell, fue clave en el desarrollo de la disciplina por cuanto permitió llevar al laboratorio el debate filosófico sobre la interpretación de la teoría cuántica. El experimento publicado ahora en Nature ha vuelto a descartar la posibilidad de interpretar la mecánica cuántica en términos de variables ocultas pero añadiendo un elemento que hasta ahora nadie había conseguido llevar al laboratorio: el libre albedrío humano.

Elecciones humanas

En un test de Bell típico se crea un par de partículas entrelazadas (generadas de tal modo que sus propiedades no sean independientes) y se envía cada una de ellas a un laboratorio. Allí cada investigador elige qué propiedades de su partícula desea medir (la polarización horizontal o vertical de un fotón, por ejemplo) y anota el resultado, el cual se comparará más tarde con los obtenidos en el otro laboratorio. La mecánica cuántica predice que, cuando este experimento se realiza un gran número de veces, los resultados obtenidos en uno y otro laboratorio exhibirán una serie de correlaciones estadísticas imposibles de conseguir en una teoría basada en variables ocultas.

En líneas generales, esta clase de experimentos han sido accesibles desde los años ochenta del siglo pasado y, en todos los casos, los resultados han confirmado las predicciones de la teoría cuántica. Sin embargo, un aspecto fundamental de un test de Bell es que, para que todo funcione, los investigadores de cada laboratorio tienen que poder decidir de manera libre e independiente qué propiedades de las partículas van a medir.

Por cuestiones técnicas, hasta ahora estas decisiones se habían tomado siempre con generadores automáticos de números aleatorios. Sin embargo, ello dejaba hueco a una posible «trampa» de la naturaleza: era necesario suponer que los procesos físicos responsables de la generación de números aleatorios tampoco estaban controlados por variables ocultas; es decir, precisamente la cuestión que tales experimentos intentan dilucidar. «Al usar máquinas para generar esas decisiones hemos de suponer de alguna manera que la física es independiente de las variables ocultas», explica Carlos Abellán, investigador del ICFO y uno de los promotores del BIG Bell Test. «Por una cuestión fundamental, queríamos evitar lo que algunas personas han calificado de “argumento circular” que debilitaba los resultados de los tests de Bell.» 

Se trata de la primera vez que un experimento de este tipo se lleva a cabo con decisiones tomadas directamente por seres humanos. Para conseguirlo, los investigadores desarrollaron un videojuego en el que los jugadores tenían que teclear rápidamente secuencias de unos y ceros para pasar distintas pantallas. Tras una activa campaña de difusión, consiguieron que el 16 de noviembre de 2016 unas 100.000 personas jugasen desde sus móviles, tabletas y ordenadores. Los bits tecleados por los participantes se distribuyeron en tiempo real entre los distintos laboratorios y se usaron a modo de «órdenes» que determinaban qué tipo de medidas debían efectuarse en cada caso. «Se trata de una situación experimental nueva que nunca había sido puesta a prueba con anterioridad», indica Morgan Mitchell, físico del ICFO y líder del experimento.

En todos los casos, los resultados confirmaron las predicciones cuánticas y refutaron los postulados del «realismo local»; es decir, la idea de que la naturaleza podría admitir una explicación basada en variables ocultas locales. Como consecuencia, ello implica una relación entre el libre albedrío humano y el indeterminismo inherente al mundo cuántico. «Si nuestras decisiones no están determinadas por influencias físicas, entonces el comportamiento de los átomos y los fotones tampoco puede estar completamente determinado por influencias físicas», explica Mitchell. «Podemos seguir creyendo que el mundo físico es determinista, pero solo si creemos que las personas también lo son.» 

Por último, los investigadores esperan que la tecnología de participación ciudadana desarrollada para el BIG Bell Test, uno de los aspectos clave y técnicamente más complejos del experimento, aliente aplicaciones en otros ámbitos. «El uso del libre albedrío humano en investigación fundamental y las técnicas desarrolladas para conectar gente en tiempo real pueden motivar nuevos experimentos en otras áreas», señala Abellán. Por ejemplo, «la aleatoriedad generada por seres humanos podría desempeñar un papel interesante en el desarrollo de tecnologías de comunicación segura», concluye el investigador.

Ernesto Lozano Tellechea 

Más información en la página web del ICFO

Referencia: «Challenging local realism with human choices». The BIG Bell Test Collaboration, Nature, vol. 557, págs. 212-216, 9 de mayo de 2018. 

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