medida de entrelazamiento

El viento lleva el polen, y cada grano de polen se mueve como si fuera independiente. Pero cuando el aire se arremolina en un torbellino, las trayectorias del polen ya no se pueden separar: están enredadas.

Un péndulo que pesa unas pocas arenas se balancea sobre un hilo de vidrio finísimo. Sus movimientos son tan débiles que los empujones térmicos de las moléculas de aire parecen un huracán. Pero precisamente ese péndulo es la clave para ver maravillas cuánticas en el mundo de los objetos grandes.

Una cadena cuántica se parece a una guirnalda de luces, donde las bombillas son los espines de las partículas. En el caso ideal, todas las bombillas brillan sincronizadas, siguiendo un ritmo común: eso es la simetría. Pero si cortas un trozo de la guirnalda, el ritmo puede desajustarse: dentro del trozo, la simetría se rompe.

La luz o el sonido pueden encerrarse en una región diminuta de un cristal, como una perla en su concha. Normalmente se usan dos métodos. El primero se asemeja a una bola pesada en un hoyo: una partícula con gran masa simplemente no puede rodar hacia afuera. El segundo es una jaula perfecta de espejos, donde las ondas se cancelan mutuamente en todas partes excepto en la propia trampa.

Echas un puñado de fósforo en silicio y, a cierta concentración de impurezas, el material de repente empieza a conducir la corriente. Esta es la transición de fase metal-aislante, y ocurre de manera abrupta. Pero, ¿qué cambia exactamente en las funciones de onda de los electrones cuando un aislante se convierte en metal?

Cualquier instrumento de medición se ve afectado por el ruido cuántico — el temblor caótico de las partículas elementales. Para dominarlo, los físicos aplicaron a moléculas de fluoruro de calcio un truco similar a apretar un globo: presionas en un lugar y sobresale en otro.

Un agujero negro acústico es un flujo de fluido más rápido que el sonido, de modo que las ondas sonoras no pueden escapar. El horizonte —la superficie donde la velocidad del flujo alcanza la velocidad del sonido— genera pares de fonones: cuantos de sonido, uno de los cuales escapa y el otro cae hacia adentro.

Dos fotones entrelazados se separan en direcciones opuestas, pero siguen comportándose como un todo: la medición de uno determina instantáneamente el estado del otro. Esto es el entrelazamiento cuántico. Sin embargo, a veces se parece a un espía experimentado: no deja rastros visibles en una inspección ordinaria.

Dos pequeñas peonzas se separan tras el impacto. Su rotación no está predeterminada: solo se define en el momento de la medición. Esto es entrelazamiento cuántico: el estado de una peonza responde instantáneamente al estado de la otra, sin importar cuán lejos se encuentren.

El entrelazamiento cuántico es como una telaraña invisible que conecta partículas, incluso si están muy separadas. En sistemas grandes —por ejemplo, en un trozo de material— esta telaraña puede tejer rápidamente alrededor de todos los átomos, o enredarse en un nudo y quedarse quieta. El primer caso se llama caos cuántico; el segundo, localización.

Dos fotones salen de un mismo punto en el pecho del paciente. Son gemelos: si alteras uno, al instante sabes algo del otro. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico. En una exploración PET, estos pares nacen dentro del cuerpo cuando la sustancia radiactiva inyectada se encuentra con los electrones de los tejidos. El grado de entrelazamiento no es constante.

Dos partículas que se separan en direcciones opuestas se comportan como un todo: la medición de una determina instantáneamente el estado de la otra. Este entrelazamiento cuántico se conocía desde hace tiempo en partículas ligeras, pero ahora se ha observado por primera vez en los pesados bosones Z, los portadores de la interacción débil.

En la teoría cuántica, una partícula puede correr por dos caminos a la vez. Al medirla, la encontramos solo en uno. Según Niels Bohr, todas las demás posibilidades desaparecen instantáneamente, como una rama desprendida del tronco.

Dos gemelos se ven idénticos, pero uno es zurdo y el otro diestro. En el mundo de las partículas elementales existen pares similares: Ξ⁻ y su antipartícula Ξ⁺. Nacen juntas en la desintegración de la partícula J/ψ y, como gemelos entrelazados, mantienen una conexión incluso a distancia.

Un buen cocinero prueba la sopa y añade una pizca de sal. Una balanza normal no notaría esa pizca, pero una sensible sí. En el mundo cuántico, el papel de esas balanzas lo desempeñan pares de partículas entrelazadas. Antes se pensaba que la conexión debía ser la más fuerte posible; de lo contrario, la precisión no mejoraría.

En el Gran Colisionador de Hadrones, acelerando partículas a velocidades cercanas a la luz, se producen quarks top, los ladrillos más pesados del modelo estándar. Viven fracciones insignificantes de segundo, pero alcanzan a manifestar complejos vínculos cuánticos.

Dos fotones salen de una pequeña caja y se comportan como gemelos que siempre visten igual. Si giras a uno, el otro gira al instante de la misma manera, incluso si los separas por kilómetros. Esto no es un truco, sino el entrelazamiento cuántico: una conexión entre partículas que no depende de la distancia.

Una linterna en una niebla espesa es inútil: el haz se dispersa y la luz reflejada se ahoga en el ruido. Pero si se unen dos fotones con un hilo invisible, uno de ellos puede atravesar la niebla y volver, mientras el otro permanece a salvo. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico: dos partículas se comportan como un todo único, incluso cuando están muy separadas.

Los sensores cuánticos se parecen a una orquesta donde los músicos tocan al unísono: sus estados entrelazados les permiten captar señales inaccesibles para los instrumentos comunes. Pero en cuanto se empieza a acumular la señal, la interacción no lineal —como un director que de repente dirige sin compás— estropea toda la música.

Catorce átomos de rubidio se alinearon como cuentas en un hilo. Cada átomo es un pequeño imán que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. Juntos obedecen reglas estrictas, similares al horario de un tren: todo es predecible, todo se repite. Pero basta con introducir un cambio casi imperceptible para que el horario se descarrile.

En el mundo cuántico, la colisión de partículas no destruye su individualidad, sino que las teje en un nudo inseparable: los estados internos y los movimientos se entrelazan como hilos en un tapiz complejo.

El núcleo atómico no es simplemente una bolsa de protones y neutrones. Es un sistema cuántico donde las partículas están unidas por hilos invisibles de entrelazamiento. Cuando dos protones o neutrones interactúan, sus estados se entrelazan de tal manera que es imposible describir uno sin el otro.

Dos muones nacen en la desintegración de un mesón eta y se separan, unidos por el entrelazamiento cuántico. Una experimentadora, Alicia, mide el espín del muón negativo, mientras que otro, Bob, registra la dirección del positrón proveniente de la desintegración del muón positivo. Parecería que el orden de los eventos debería influir en las correlaciones.

La mecánica cuántica nos regaló una imagen fascinante: el estado de un sistema no es un punto congelado, sino una onda de posibilidades que baila en un espacio abstracto. Gracias a los trabajos de Schrödinger y Dirac lo representamos con vectores en el espacio de Hilbert.

Una piedra cae al agua y se forman ondas a su alrededor. En el mundo cuántico, una impureza magnética (esa piedrecita) en un metal perturba a los electrones circundantes, que forman a su alrededor una nube especial. Se la llama nube de Kondo. Como las ondas en el agua en la oscuridad, durante mucho tiempo permaneció esquiva.