Experimento contradice a Einstein y revela ‘acción cuántica aterradora’ con qubits superconductores a 30 metros de distancia | ciencia y Tecnología

El físico James Trefil dijo una vez que la mecánica cuántica es un «lugar donde el cerebro humano simplemente nunca se sentirá cómodo». Este malestar surge porque la naturaleza, a escala microscópica, obedece a leyes que contradicen nuestra percepción de la realidad macroscópica. Estas leyes incluyen la superposición (una partícula puede estar simultáneamente en diferentes estados, como el gato vivo y muerto de Erwin Schrödinger) y el entrelazamiento cuántico remoto. Albert Einstein describió este último como «acción espeluznante a distancia», un principio que permite que las partículas separadas por la distancia respondan instantáneamente y se comporten como un solo sistema. Un experimento espectacular que desafía la velocidad de la luz fue publicado recientemente en Naturaleza por un equipo internacional de científicos liderado por el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) en Zúrich, en colaboración con el Instituto Español de Ciencias Fotónicas (ICFO) y Quside, una empresa de computación cuántica. El estudio demostró por primera vez generadores de números aleatorios cuánticos súper rápidos que permiten una «acción espeluznante a distancia» entre bits cuánticos superconductores.

Los resultados de este experimento contradicen a Einstein, quien una vez consideró que el entrelazamiento cuántico era imposible. El físico creía en el principio de localidad, que establece que un objeto está directamente influenciado solo por su entorno inmediato. Pero los avances en física cuántica han demostrado que dos partículas entrelazadas pueden compartir un solo estado unificado, incluso si están separadas por 30 metros, como en el experimento de Zurich.

Einstein no podía aceptar que una acción en un lugar pudiera tener un efecto instantáneo en otro lugar. Pero John Bell demostró en 1964 que existe el entrelazamiento cuántico. Los experimentos posteriores con esta propiedad por parte de John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger les valieron el Premio Nobel en 2022.

Un logro importante del estudio publicado en Naturaleza es que demostró experimentalmente en las pruebas de Bell realizadas en pares de sistemas cuánticos espacialmente separados y enredados que la física cuántica no sigue el principio de causalidad local sin las llamadas lagunas. La falta de lagunas significa que todo sucede exactamente como lo predijo la física cuántica: no hay comunicación entre las partículas.

Un experimento similar fue realizado hace un año por el físico español Adán Cabello de la Universidad de Sevilla (España) con iones de iterbio y bario (Los científicos progresan). Pero Naturaleza aumentó el nivel de complejidad mediante el uso de dos qubits superconductores entrelazados a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 °C o -459,67 °F) y a 30 metros de distancia.

Desafía la velocidad de la luz

Las mediciones simultáneas de ambos qubits mostraron respuestas sincronizadas consistentes con una acción espeluznante o un enredo remoto. Para demostrar la ausencia de fallas (que la coordinación de estados no provenía de señales enviadas entre qubits), los científicos realizaron mediciones aleatorias de 17 nanosegundos, el tiempo que tarda la luz en recorrer cinco metros. Una medición completa tomó 62 nanosegundos adicionales, el tiempo que la luz tardó en viajar 21 metros. Debido a que los sistemas estaban separados por 30 metros, la comunicación entre los dos era imposible.

El nuevo estudio es importante porque tiene aplicaciones prácticas más allá de la prueba teórica. Morgan W.Mitchell, profesor del Instituto Catalán de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) y coautor del estudio, dijo: “Con la informática ordinaria, el dispositivo de su hogar se comunica constantemente a través de Internet con un servidor. Pero para hacer algo equivalente con las computadoras cuánticas, tenemos que comunicarlas de alguna manera, pero no usando bits clásicos. Necesitamos usar bits cuánticos y el entrelazamiento es la forma más eficiente de lograrlo.

Mitchell dijo: “Este estudio muestra que experimentos como este se pueden realizar con los mismos superconductores utilizados por Google e IBM. Otros experimentos utilizaron sistemas con un solo par de partículas, pero el nuestro creó un enredo entre muchos electrones en los dos sitios. Y lo logramos por primera vez sin lagunas.

Aplicaciones

Según Mitchell, su experimento “ha avanzado hacia la computación cuántica distribuida con múltiples computadoras en múltiples sitios… Ese es un objetivo a largo plazo que no vamos a alcanzar de inmediato. Pero este experimento ha demostrado su viabilidad.

Carlos Abellán, experto en fotónica y cofundador y director ejecutivo de Quside, dijo que el experimento «creó una tecnología espectacular y única que sincronizó dos partículas a velocidades sin precedentes». Esto requería generar números aleatorios cuánticos y extraerlos a velocidades extraordinariamente rápidas (17 nanosegundos) para eliminar cualquier posibilidad de comunicación entre cúbits. “Tuvimos que idear nuevas formas de generar y extraer los números aleatorios antes de que la información llegara al otro lado. Necesitábamos duplicar la velocidad de los sistemas anteriores”, dijo Abellán. “En lugar de usar un solo dispositivo para los cálculos, conectamos ocho dispositivos en paralelo, luego sincronizamos y combinamos las señales. Esto nos dio 16 generadores de números aleatorios con el doble de velocidad. Si hubiéramos tomado 19 nanosegundos en lugar de 17, el experimento se habría invalidado.

El experimento demostró que la información cuántica se puede transmitir entre circuitos superconductores separados alojados en sistemas criogénicos. En otras palabras, funciona con los sistemas de computación cuántica actualmente disponibles. Pero aún no se explica por qué dos sistemas separados pueden comportarse como uno solo. “Es una pregunta para los filósofos, y muy difícil. Puedes hacerle la pregunta a 10 físicos diferentes y obtendrás 10 respuestas diferentes. Es un misterio a resolver para las nuevas generaciones. Pero estos experimentos prueban que realmente existe”, dijo Mitchell.

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