¿Por qué es importante el entrelazamiento cuántico?

Para entender lo que es un entrelazamiento cuántico primero hay que definir los fenómenos cuánticos coherentes. Tengo que empezar explicándote que en física hay varias escalas. Por ejemplo, la física cuántica se dedica a describir fenómenos que ocurren a escalas muy pequeñas. Cuando tenemos partículas muy pequeñas como átomos, fotones, electrones, etcétera. que no puedes ver a simple vista, si las tienes muy frías, es decir, muy bien aisladas, se comportan de una manera que no es a lo que estamos acostumbrados en la parte del universo apreciable a simple vista. Entonces aparecen los fenómenos que llamamos cuánticos.

Para que se entienda esto yo uso una analogía, imagínate que estás en un bar con una colega con la que tienes una conversación muy sofisticada sobre física cuántica. Seguís hablando y no paran de traer rondas de bebidas, cuando ya habéis bebido muchas rondas, la conversación empieza a ser mucho más desordenada porque el azúcar ha hecho su efecto sobre vuestros cerebros. A última hora, la gente habla cada vez más alto, la música es ensordecedora y entonces ya no hay debate científico ni nada. El comportamiento de los seres humanos se puede alterar si hay mucho ruido en el entorno o según lo que coman o lo que beban. Pues a los átomos les pasa algo parecido, si tú los tienes en un entorno en el que hay mucho “ruido” (por ejemplo, temperatura muy alta) eso les puede afectar mucho y los desordena. Pero cuando eliminamos esos “ruidos” los átomos se comportan de una forma mucho más ordenada, de una forma nueva, aparecen esos efectos cuánticos.

Hablamos de sistemas cuánticos coherentes cuando están suficientemente aislados como para que se vean estos efectos que no se ven normalmente. Y ahora vamos al entrelazamiento. En física y en matemáticas estudiamos algo que se llaman correlaciones, que es que hay cosas que van relacionadas estadísticamente. Por ejemplo, el fuego se correlaciona con los bomberos. Hay correlaciones que implican causa y otras, no. Y hay correlaciones que son cuánticas, que no pueden describirse por la física clásica y que son muy fuertes. Cuando hablamos de entrelazamiento en cuántica estamos hablando de correlaciones como las de toda la vida pero que no se pueden explicar con la física clásica. Son correlaciones que se ven a nivel atómico o a nivel molecular.

Las correlaciones entre partículas cuánticas pueden ser más fuertes que las clásicas y pueden utilizarse para hacer cosas bastante divertidas

Esas correlaciones entre partículas cuánticas pueden ser más fuertes que las clásicas y pueden utilizarse para hacer cosas bastante divertidas. Por ejemplo, se puede preparar dos átomos en un estado especial entrelazado en un laboratorio, mandar uno a Málaga y otro a Granada, y usarlos para crear una especie de “teletransporte” o “catapulta” cuántica. Con esta pequeña máquina de teletransporte, puedes “catapultar” la información contenida en un tercer átomo de Málaga a Granada mandando pares de bits clásicos de información (ceros o unos). Esto es sorprendente porque el estado de ese átomo puede ser cuántico y bastante más complejo que la información clásica que enviamos de Málaga a Granada. Esto es posible gracias al estado entrelazado, que crea una conexión espacial exótica entre Granada y Málaga. Se parece un poco al teletransporte de las películas porque permite enviar información (cuántica) sin usar cables (cuánticos).

Si tienes un estado entrelazado también puedes hacer una cosa que se llama cuantificación densa en informática. Te permite usar un estado cuántico entrelazado para mandar 2 bits de información de Málaga a Granada mandando solo 1 bit cuántico. Sin entrelazamiento, sería imposible mandar más de 1 bit, es decir, el entrelazamiento puede ser útil para mandar información utilizando menos recursos.

El entrelazamiento no es solo teórico, llevamos muchos años haciendo experimentos

El entrelazamiento no es solo teórico, llevamos muchos años haciendo experimentos de entrelazamientos. Ahora mismo se consigue el entrelazamiento cuántico con bastante facilidad en los laboratorios.

El entrelazamiento cuántico también se usa en criptografía para hacer claves más seguras. En cuanto a los ordenadores cuánticos, no se sabe muy bien qué fenómenos utilizan para calcular, pero sí se sabe que pueden ser más rápidos que los clásicos para resolver algunos problemas computacionales y de hecho hay problemas que no se pueden resolver en ordenadores clásicos y sí en los cuánticos. Conocemos ya algunos fenómenos cuánticos que intervienen en eso o que son necesarios para que eso ocurra y el entrelazamiento cuántico es uno de ellos. Se sabe que si tienes un ordenador cuántico que no es capaz de entrelazar, usando algunos tipos concretos de entrelazamiento, no será capaz de superar a uno clásico, es decir, el entrelazamiento es un requisito para la computación cuántica, lo que no quiere decir que sea suficiente.

Juani Bermejo es doctora en computación cuántica, investigadora y profesora de la Universidad de Granada.

Pregunta enviada vía email por Marcelo Rubén Massone

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Coordinación y redacción: Victoria Toro

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