John Bell ideó una prueba para mostrar que la naturaleza no ‘oculta variables’ como Einstein había propuesto. Los físicos ahora han llevado a cabo una versión prácticamente inexpugnable de la prueba de Bell.
Es un mal día tanto para Albert Einstein como para los hackers. La prueba más rigurosa de la teoría cuántica jamás realizada ha confirmado que la “acción espeluznante a distancia” que el famoso físico alemán odiaba, en la que manipular un objeto instantáneamente parece afectar a otro, muy lejano, es una parte inherente del cuanto. mundo.
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El experimento, realizado en los Países Bajos, podría ser el clavo final en el ataúd para los modelos del mundo atómico que son más intuitivos que la mecánica cuántica estándar, dicen algunos físicos. También podría permitir a los ingenieros cuánticos desarrollar un nuevo conjunto de dispositivos criptográficos ultraseguros.
“Desde un punto de vista fundamental, esto es realmente hacer historia”, dice Nicolas Gisin, físico cuántico de la Universidad de Ginebra en Suiza.
Esta idea enfureció a Einstein porque parecía que esta influencia fantasmal se transmitiría instantáneamente incluso entre partículas muy separadas pero enredadas, lo que implica que podría contravenir la regla universal de que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Propuso que las partículas cuánticas tienen propiedades establecidas antes de que se midan, llamadas variables ocultas. Y aunque no se puede acceder a esas variables, sugirió que programen previamente las partículas enredadas para que se comporten de manera correlacionada.
En la década de 1960, el físico irlandés John Bell propuso una prueba que podría discriminar entre las variables ocultas de Einstein y la espeluznante interpretación de la mecánica cuántica.
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. Calculó que las variables ocultas pueden explicar correlaciones solo hasta cierto límite máximo. Si se supera ese nivel, entonces el modelo de Einstein debe estar equivocado.
La primera prueba de Bell se realizó en 1981
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, por el equipo de Alain Aspect en el Instituto de Óptica en Palaiseau, Francia. Desde entonces, se han realizado muchos más, siempre cayendo del lado de lo espeluznante, pero cada uno de esos experimentos ha tenido lagunas que significaron que los físicos nunca pudieron cerrar completamente la puerta a la vista de Einstein. Los experimentos que usan fotones enredados son propensos a la ‘escapatoria de detección’: no se detectan todos los fotones producidos en el experimento y, a veces, se pierde hasta el 80%. Por lo tanto, los experimentadores deben suponer que las propiedades de los fotones que capturan son representativas de todo el conjunto.
Para evitar la laguna de detección, los físicos a menudo usan partículas que son más fáciles de rastrear que los fotones, como los átomos. Pero es difícil separar átomos distantes sin destruir su enredo. Esto abre el ‘vacío de comunicación’: si los átomos enredados están demasiado juntos, entonces, en principio, las mediciones realizadas en uno podrían afectar al otro sin violar el límite de velocidad de la luz.
Intercambio de enredos
En el último artículo
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, que se envió al repositorio de preimpresión de arXiv el 24 de agosto y aún no ha sido revisado por pares, un equipo dirigido por Ronald Hanson de la Universidad Tecnológica de Delft informa sobre el primer experimento de Bell que cierra tanto la detección como las lagunas de comunicación. El equipo utilizó una técnica astuta llamada intercambio de enredos para combinar los beneficios del uso de la luz y la materia. Los investigadores comenzaron con dos electrones desenredados sentados en cristales de diamante en diferentes laboratorios en el campus de Delft, a 1.3 kilómetros de distancia. Cada electrón se enredaba individualmente con un fotón, y ambos fotones se comprimían en una tercera ubicación. Allí, los dos fotones se enredaron entre sí, y esto provocó que sus electrones asociados también se enredaran.
Esto no funcionó todo el tiempo. En total, el equipo logró generar 245 pares de electrones enredados en el transcurso de nueve días. Las mediciones del equipo excedieron el límite de Bell, una vez más apoyando la vista cuántica estándar. Además, el experimento cerró ambas lagunas a la vez: debido a que los electrones eran fáciles de monitorear, la escapatoria de detección no era un problema, y también estaban separados lo suficiente como para cerrar la escapatoria de comunicación.
“Es un experimento realmente ingenioso y hermoso”, dice Anton Zeilinger, físico del Centro de Ciencia y Tecnología Cuántica de Viena.
“No me sorprendería si en los próximos años vemos a uno de los autores de este artículo, junto con algunos de los experimentos más antiguos, Aspect’s y otros, nombrados en un premio Nobel”, dice Matthew Leifer, físico cuántico en Instituto Perimetral de Física Teórica en Waterloo, Canadá. “Es tan emocionante”.
Una prueba de Bell sin escapatorias también tiene implicaciones cruciales para la criptografía cuántica, dice Leifer. Las empresas ya venden sistemas que utilizan la mecánica cuántica para bloquear a los espías. Los sistemas producen pares de fotones enredados, enviando un fotón en cada par al primer usuario y el otro fotón al segundo usuario. Luego, los dos usuarios convierten estos fotones en una clave criptográfica que solo ellos conocen. Debido a que observar un sistema cuántico interrumpe sus propiedades, si alguien intenta espiar este proceso, producirá un efecto notable, activando una alarma.
La grieta final
Pero las lagunas, y la laguna de detección en particular, dejan la puerta abierta a espías sofisticados. A través de esta laguna, las compañías maliciosas podrían vender dispositivos que engañen a los usuarios haciéndoles creer que están obteniendo partículas entrelazadas cuánticamente, mientras que en su lugar se les está dando claves que la compañía puede usar para espiarlos. En 1991, el físico cuántico Artur Ekert observó
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que integrar una prueba de Bell en el sistema criptográfico también garantizaría que el sistema utilice un proceso cuántico genuino. Sin embargo, para que esto sea válido, la prueba de Bell debe estar libre de lagunas que un hacker pueda explotar. El experimento de Delft “es la prueba final de que la criptografía cuántica puede ser incondicionalmente segura”, dice Zeilinger.
En la práctica, sin embargo, la idea de intercambio de enredos será difícil de implementar. El equipo tardó más de una semana en generar unos cientos de pares de electrones enredados, mientras que generar una clave cuántica requeriría procesar miles de bits por minuto, señala Gisin, quien es cofundador de la compañía de cifrado cuántico ID Quantique en Ginebra .
Zeilinger también señala que sigue habiendo una última laguna, algo filosófica, identificada por primera vez por el propio Bell: la posibilidad de que las variables ocultas puedan manipular de alguna manera las elecciones de los experimentadores de qué propiedades medir, engañándolas para que piensen que la teoría cuántica es correcta.
