o, para simplificar, considere dos cuartos» enredados», cada uno oculto debajo de una taza. Si dos personas, Bob y Alice, llevaran uno de esos cuartos a una habitación diferente, los cuartos permanecerían cara y Cruz hasta que una persona levantara la copa y observara su cuarto; en ese momento, se convertiría aleatoriamente en cara o cruz. Si Alice levantara su taza primero y su cuarto fuera colas, entonces cuando Bob observara su cuarto, también sería colas., Si repites el experimento y las monedas se cubren una vez más, volverían a estar en un estado de superposición. Alice levantaría su taza de nuevo y podría encontrar su cuarto como cabezas esta vez. Bob entonces también encontraría su moneda como cabezas. Si el primer trimestre se encuentra para ser cara o cruz es totalmente aleatorio.
de manera similar, cuando un investigador enreda dos fotones y luego envía cada uno en diferentes direcciones bajo condiciones cuidadosamente controladas, continuarán en un estado de superposición, tanto horizontal como verticalmente polarizados., Solo cuando se mide uno de los fotones, ambos adoptan aleatoriamente uno de los dos posibles estados de polarización.
«las correlaciones cuánticas son profundamente diferentes de las correlaciones ordinarias», dice Preskill. «Y la aleatoriedad es la clave. Esta espeluznante aleatoriedad intrínseca es en realidad lo que molestó a Einstein. Pero es esencial para cómo funciona el mundo cuántico.»
«los científicos a menudo usan la palabra correlación para explicar lo que está sucediendo entre estas partículas», agrega Oskar Painter, profesor John G Braun de Física Aplicada y física en Caltech., «Pero, en realidad, enredo es la palabra perfecta.»
entrelazamiento al enésimo grado
desenredar la relación entre dos partículas enredadas puede ser difícil, pero el verdadero desafío es comprender cómo cientos de partículas, si no más, pueden interconectarse de manera similar.
según Manuel Endres, profesor asistente de física en Caltech, uno de los primeros pasos para entender el entrelazamiento de muchos cuerpos es crearlo y controlarlo en el laboratorio., Para ello, Endres y su equipo utilizan un enfoque de fuerza bruta: diseñan y construyen experimentos de laboratorio con el objetivo de crear un sistema de 100 átomos enredados.
«esto es fundamentalmente extremadamente difícil de hacer», dice Endres. De hecho, señala, sería difícil incluso a una escala mucho más pequeña. «Si creo un sistema donde genero, por ejemplo, 20 partículas enredadas, y envío 10 de una manera y 10 de Otra, entonces tengo que medir si cada una de esas primeras 10 partículas está enredada con cada uno de los otros 10 conjuntos., Hay muchas maneras diferentes de ver las correlaciones.»
mientras que la tarea de describir esas correlaciones es difícil, describir un sistema de 100 átomos enredados con bits de computadora clásicos sería inimaginablemente difícil. Por ejemplo, una descripción clásica completa de todas las correlaciones cuánticas entre hasta 300 partículas enredadas requeriría más bits que el número de átomos en el universo visible. «Pero ese es el punto y la razón por la que estamos haciendo esto», dice Endres., «Las cosas se enredan tanto que se necesita una gran cantidad de espacio para describir la información. Es una bestia complicada, pero es útil.»
«generalmente, el número de parámetros que necesita para describir el sistema se va a escalar exponencialmente», dice Vidick, quien está trabajando en herramientas matemáticas y computacionales para describir el entrelazamiento. «Explota muy rápido, por lo que, en general, es difícil hacer predicciones o simulaciones, porque ni siquiera puedes representar estos sistemas en la memoria de tu computadora portátil.,»
para resolver ese problema, Vidick y su grupo están trabajando en crear representaciones computacionales de materiales enredados que son más simples y sucintas que los modelos que existen actualmente.
«la mecánica cuántica y las ideas detrás de la computación cuántica nos obligan a pensar fuera de la caja», dice.
un ecosistema frágil
otro factor en la creación y el control de los sistemas cuánticos tiene que ver con su naturaleza delicada., Al igual que la Mimosa pudica ,un miembro de la familia de los guisantes también conocida como la «planta sensible», que se cae cuando se tocan sus hojas, los Estados enredados pueden desaparecer fácilmente, o colapsar, cuando el medio ambiente cambia incluso ligeramente. Por ejemplo, el acto de observar un estado cuántico lo destruye. «Ni siquiera quieres mirar tu experimento, ni respirar en él», bromea Painter. Añade Preskill, » no enciendas la luz, y ni siquiera te atrevas a entrar en la habitación.,»
el problema es que las partículas enredadas se enredan con el entorno que las rodea rápidamente, en cuestión de microsegundos o más rápido. Esto destruye el estado enredado original que un investigador podría intentar estudiar o usar. Incluso un fotón perdido volando a través de un experimento puede hacer que todo sea inútil.
» debe ser capaz de crear un sistema que esté enredado solo consigo mismo, no con su aparato», dice Endres. «Queremos que las partículas hablen entre sí de manera controlada., Pero no queremos que hablen con nada en el mundo exterior.»
en el campo de la computación cuántica, esta fragilidad es problemática porque puede conducir a errores computacionales. Las computadoras cuánticas tienen la promesa de resolver problemas que las computadoras clásicas no pueden, incluidos los de criptografía, química, modelado financiero y más. Donde las computadoras clásicas usan bits binarios (ya sea un » 1 «o un «0») para transportar información, las computadoras cuánticas usan» qubits», que existen en estados de» 1 «y» 0 » al mismo tiempo., Como explica Preskill, los qubits en este estado mixto, o superposición, estarían muertos y vivos, una referencia al famoso experimento mental propuesto por Erwin Schrödinger en 1935, en el que un gato en una caja está muerto y vivo hasta que se abre la caja, y se observa que el gato es uno u otro. Es más, esos qubits están todos enredados. Si los qubits de alguna manera se desenredan entre sí, la computadora cuántica sería incapaz de ejecutar sus cálculos.,
para abordar estos problemas, Preskill y Alexei Kitaev (profesor Ronald y Maxine Linde de Física Teórica y Matemáticas de Caltech y ganador del Premio Breakthrough Prize en Física Fundamental en 2012), junto con otros teóricos de Caltech, han ideado un concepto para ocultar la información cuántica dentro de un estado global enredado, de tal manera que ninguno de los bits individuales tiene la respuesta. Este enfoque es similar a distribuir un código entre cientos de personas que viven en diferentes ciudades., Nadie tendría el código completo, por lo que el código sería mucho menos vulnerable al descubrimiento.