Por Jairo Giraldo Gallo
El próximo 10 de diciembre en Estocolmo se entregarán los premios Nobel y entre ellos destaca el de física: una historia que empezó con Albert Einstein (y colaboradores) en 1935, quien argumentaba que la teoría cuántica no podía ser una teoría completa, discusión que quedó prácticamente cerrada por cerca de tres décadas después de la apresurada respuesta de Niels Bohr, uno de los más connotados pioneros de la teoría, afirmando lo contrario. Vino luego la demostración del teorema de John Bell (1965), usualmente reconocido como desigualdad de Bell: si la desigualdad se cumpliera al hacer las mediciones experimentales (de la correlación entre dos partículas), Einstein tendría razón y la teoría cuántica podría ser reemplazada por una teoría local de variables ocultas.
Los receptores del premio, de 10 millones de coronas (900 mil dólares) fueron Alain Aspect (Francia), John F. Clauser (Estados Unidos) y Anton Zeilinger (Austria). El anuncio del Comité Nobel, quien los enunció en ese orden, dice: “por sus experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y por su contribución pionera a la ciencia de la información cuántica”.
El efecto de entrelazamiento que los galardonados verificaron en experimentos realizados independientemente, consiste en que partículas que interactúan establecen entre ellas correlaciones más fuertes de lo que cabe esperar clásicamente. En eso consiste precisamente la violación de la(s) desigualdad(es) de Bell que se ha(n) presentado después en forma mejorada. Una de ellas es la desigualdad CHSH (CLauser, Horne, Shimony y Holt, 1969).
Los arreglos experimentales para poner a prueba el teorema de John Bell exigían resolver muchos problemas prácticos antes de ser llevados a la práctica. De hecho, las primeras medidas, realizadas por John F. Clauser y Stuart Freedman (1972), dejaban algunas dudas por la dificultad en detectar las correlaciones cuánticas entre partículas. A esas dificultades se sumaba el hecho de que las instituciones no estaban muy interesadas en verificar lo que ya se daba por sentado: a Bohr le asistía la razón.
Lo que nadie vislumbró antes de que pudieran llevarse a cabo los experimentos que darían la razón a Bohr, pero que estaba implícito en la negativa de Einstein a aceptar la presencia de esos efectos fantasmagóricos a distancia, como denominó a esas correlaciones, es que de allí pudieran surgir las aplicaciones prácticas más impactantes de las nuevas tecnologías cuánticas, a saber, la computación cuántica, la criptografía cuántica y el teletransporte cuántico. De haberlo previsto, el apoyo a esos primeros experimentos en los países desarrollados hubiera sido más generoso.
Pero vamos por partes. La genialidad de Einstein al plantear lo que se conoce como Paradoja EPR, por las iniciales de los tres autores (Einstein, Podolsky y Rosen) del artículo en que se plantea la incompletud de la teoría cuántica (mediante un experimento pensado, muy al estilo de Einstein), tiene que ver con lo que él denominó “la inquietante acción a distancia”, que exige efectos no-locales. Antes de eso, una teoría física que pudiera ser consistente y en ese sentido completa tendría que ser local. Era lo que él mismo, entre otras cosas, había hecho con la mecánica newtoniana. Isaac Newton era consciente de que su teoría no podía ser completa, en la medida en que suponía una acción a distancia: en su esquema, la fuerza gravitacional que ejerce un cuerpo sobre otro es instantánea, se propaga (o percibe) en tiempo cero. Ese error lo enmendó Einstein y con ello predijo la existencia de ondas gravitacionales, cuya detección que ocurrió por primera vez en 2015 dio lugar también a un premio Nobel.
Aunque Einstein supuso que aquello sería una falla de la teoría, los efectos no locales están en los fundamentos mismos de la mecánica cuántica. Un sistema cuántico cualquiera puede estar en varios de los estados permitidos o posibles a la vez y la función de onda que lo describe debe dar cuenta de esa propiedad cuántica; es lo que se conoce con el nombre de principio de superposición. Pero cuando se le observa, en un proceso de medición o detección, solo puede estar en uno de los estados: es lo que se denomina colapso de la función de onda (o reducción del paquete de ondas, en el lenguaje de Heisenberg, otro de los pioneros de la teoría), un efecto no local. La medición es clásica.
El entrelazamiento, otro de los fenómenos peculiares predicho por la teoría cuántica, es también un fenómeno de no-localidad. Fue esencialmente este fenómeno el que predijeron los tres autores del EPR, algo que consideraron absurdo. Poco después Erwin Schrödinger lo denominó Verschränkung, enmarañamiento. Cuando dos partículas están entrelazadas o enmarañadas, hay que describirlas mediante una única función de onda y el resultado de observar una de ellas afecta instantáneamente a la otra, lo que Einstein (también Schrödinger) se negaba a aceptar.
Fue la verificación, o por el contrario la no presencia, de ese extraño fenómeno a lo que dedicaron sus esfuerzos, primero Clauser y Freedman en Estados Unidos (1972), y luego Aspect y su grupo en Francia (1982). Aunque Aspect fue más allá, removiendo algunas lagunas, Zeilinger y su equipo lograron remover otras barreras. De paso avanzaron en otra de las aplicaciones de ese fenómeno, el denominado teletransporte cuántico, confirmado en 1997. Contrario a lo que se transporta en la película Star treck, en el fenómeno cuántico lo que se transporta es el estado. Quienes más han logrado avanzar en la aplicación de ese fenómeno a la fecha, no cabe duda alguna, son los chinos. El grupo, bajo la dirección de Jian-Wei Pan logró hacerlo a una distancia de 1.400 km usando el satélite Micius.
Por otra parte, la criptografía cuántica es la tecnología derivada del entrelazamiento que ha podido ir más allá del laboratorio. Es a todas luces el mecanismo más seguro para transmitir información sin que sea interceptada: en el momento en que pudiera serlo, el espionaje sería descubierto.
La supremacía de la computación cuántica sobre la clásica ya ha sido corroborada. Pero el uso de los computadores cuánticos más allá del laboratorio depende de futuros avances tecnológicos. Agreguemos, de paso, que las diferentes lagunas (loopholes) de los experimentos anteriores fueron resueltas satisfactoriamente en 2015, por el grupo de Ronald Hanson en los Países Bajos. Fue esto lo que finalmente llevó al Comité Nobel a dar a los pioneros la codiciada y esperada presea.
En síntesis, desde la percepción hecha por Einstein de que la teoría cuántica conducía a la inquietante acción a distancia, hasta el otorgamiento de un premio Nobel por la comprobación de ese fenómeno, han transcurrido casi noventa años. De estar vivos a la fecha, Bell y Freedman seguramente lo habrían compartido. En particular Bell sentó los cimientos para una segunda revolución cuántica que apenas empieza. El procesamiento cuántico de la información llevará la inteligencia artificial más lejos de lo que cabe imaginar. Entre tanto, las tecnologías cuánticas han transformado la manera de ver la realidad, o si se quiere, el universo.
Queda una valiosa enseñanza de todo ese proceso: los países que invierten recursos en la investigación básica son los que finalmente están en condiciones de aprovechar al máximo los beneficios de sus aplicaciones, la tecnología.
