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  • 11/05/2015

Física cuántica

Ochenta años de entrelazamiento

El célebre trabajo de Einstein, Podolsky y Rosen abrió la puerta a una nueva manera de preguntarse por el significado de la realidad física. 

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Niels Bohr y Albert Einstein en una fotografía tomada en 1925 por el físico Paul Ehrenfest. Ambos investigadores mantuvieron un enconado debate sobre el concepto de realidad física que implicaba la mecánica cuántica. [Dominio público, vía Wikimedia Commons.]

Esta semana se cumple el octogésimo aniversario de uno de los artículos de física más influyentes del siglo XX. El 15 de mayo de 1935 aparecía en Physical Review un trabajo firmado por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen (conocidos desde entonces por sus iniciales, EPR) que llevaba por título «¿Puede considerarse completa la descripción mecanocuántica de la realidad física?».

La respuesta negativa que ya insinuaba la formulación interrogativa del título llegó incluso a los grandes medios. Unos días antes de la aparición del artículo técnico, el New York Times anunciaba su publicación con un rotundo titular: «Einstein ataca la teoría cuántica». Con el tiempo, sin embargo, aquel «ataque» acabaría por convertirse en una de las mejores herramientas para demostrar empíricamente tanto la validez de la mecánica cuántica como la antiintuitiva noción de realidad física que esta implica.

En su artículo, Einstein, Podolsky y Rosen consideraron por primera vez qué ocurriría al medir las propiedades de un sistema cuántico compuesto: uno formado por dos subsistemas a los que previamente «se les permite interaccionar durante cierto tiempo», en palabras de los investigadores, pero que, en el momento del experimento, ya no pueden influir de ninguna manera uno sobre otro (por ejemplo, por encontrarse muy separados). A pesar de esa falta de interacción, los autores demostraron que, bajo ciertas condiciones, las mediciones efectuadas sobre uno de los subsistemas permitían predecir el resultado de las mediciones realizadas sobre el segundo.

El ejemplo considerado por EPR correspondía a un sistema formado por dos partículas distantes. Si estas se preparaban de la manera adecuada, medir con total precisión la posición de la primera permitía asignar sin ambigüedades un valor a la posición de la segunda. Sin embargo, lo mismo podía hacerse con el momento: si, en lugar de medir la posición de la primera, se elegía medir su momento, ello determinaría con total certidumbre el momento de la segunda.

El aspecto clave del artículo de EPR fue enfatizar que tanto la posición como el momento de la segunda partícula podían determinarse por completo sin interaccionar en absoluto con ella. Eso condujo a los investigadores a concluir que ambas magnitudes habían de tener asociado «un elemento de la realidad física». Pero, dado que la mecánica cuántica dicta la imposibilidad de determinar con total precisión la posición y el momento de una partícula, la teoría solo podía ser considerada incompleta, ya que no sería capaz de dar cuenta de todos los atributos reales asociados a un sistema físico.

La que acabaría por convertirse en la solución al problema se hallaba implícita al final del artículo: «Uno no llegaría a tal conclusión si insistiese en que [la posición y el momento] no son reales simultáneamente», reconocían los investigadores. Sin embargo, su experimento mental implicaba que, de ser así, la cuestión de si era la posición o era el momento lo que podía considerarse real dependería de qué mediciones decidiese efectuar un observador distante. Para los autores, «ninguna definición razonable de realidad debería permitir eso».

El curioso fenómeno analizado por EPR se conoce hoy con el nombre de entrelazamiento cuántico. El término fue introducido pocos meses después por Erwin Schrödinger, quien en un artículo publicado en Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society lo reformuló en los siguientes términos: «El mejor conocimiento posible de un todo no incluye necesariamente el mejor conocimiento posible de todas sus partes» (énfasis del autor). El físico austríaco argumentó en aquel trabajo que, más que una excepción, el entrelazamiento bien podía considerarse «la» característica definitoria de la mecánica cuántica.

Ochenta años después, el artículo de EPR cuenta con miles de citas, buena parte de ellas obtenidas en los últimos años gracias al papel clave que el entrelazamiento cuántico ha desempeñado en disciplinas como la información o la computación cuánticas. Hoy, las curiosas predicciones de Einstein, Podolsky y Rosen sobre el comportamiento de las partículas entrelazadas se han visto confirmadas por un sinfín de experimentos. Experimentos que, en el camino, no han hecho sino verificar una y otra vez una noción de realidad física que los geniales investigadores juzgaban irrazonable.

El artículo original de Einstein, Podolsky y Rosen puede descargarse gratuitamente desde la página web de la Sociedad Americana de Física (PDF).

—IyC

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