Cuando dos partículas están en estados cuánticos entrelazados alguien que mide una propiedad de una partícula puede determinar inmediatamente el resultado de una medición equivalente en la otra partícula, sin necesidad de hacerla.

A primera vista esto quizás no sea tan extraño. Si pensamos en bolas en lugar de partículas. Imaginémonos un experimento en el que se envía una bola negra en una dirección y una bola blanca en la dirección opuesta. Si un observador atrapa una de las bolas, y ve que es blanca, puede concluir que la pelota lanzada en la otra dirección es negra.

Lo que hace que la mecánica cuántica sea tan especial es que sus equivalentes a las bolas no tienen estados determinados hasta que se miden. Es como si ambas bolas fueran grises, hasta que alguien mira una de ellas. Entonces la bola observada puede tomar al azar el color negro o el blanco. La otra bola tomará, inmediatamente, el color opuesto. Pero ¿cómo es posible saber si las bolas no tenían cada una un color al principio? Incluso si parecían grises, tal vez tenían una etiqueta oculta que indicaba de qué color debían ponerse cuando alguien las mirara. Los pares entrelazados de la mecánica cuántica se pueden comparar con una máquina que arroja bolas de colores opuestos en direcciones opuestas. Cuando Bob atrapa una pelota y ve que es negra, inmediatamente sabe que Alice ha atrapado una blanca. En una teoría que suponga variables ocultas las bolas contienen información oculta sobre qué color han de mostrar. Sin embargo, la mecánica cuántica dice que las bolas eran grises (sin color definido) hasta que alguien las miró, entonces, al azar, una se vuelve blanca  y la otra negra. Albert Einstein consideró que esto era inviable y  junto con sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen enunciaron en 1935 la llamada paradoja EPR: (iniciales de los investigadores):

El físico norirlandés John Stewart Bell (1928-1990) descubrió que existe una forma de determinar si el mundo es  cuántico o si podría haber otra descripción con variables ocultas.

La desigualdad de Bell establece que si una determinada función: f(a₁,a₂..., b₁,b₂...₎ de las medidas de las propiedades de un sistema por un observador A (Alice) y otro B (Bob) adquiere un valor igual o inferior a 2, la realidad se corresponde con la aceptada por la física clásica, si es superior  (violación de la desigualdad) la realidad sería cuántica.

John Clauser comenzó a trabajar para diseñar un experimento que permitiera comprobar las desigualdades de Bell. Construyó un aparato que emitía dos fotones entrelazados, y cada uno se dirigía hacia un filtro que medía su polarización. En 1972, junto con el estudiante de doctorado Stuart Freedman (1944-2012), pudo mostrar un resultado que era una clara violación de una desigualdad de Bell y estaba de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica. No obstante, el experimento presentaba deficiencias, tanto en lo que respecta a la producción como a la captura de partículas. La medida también estaba preestablecida, con los filtros en ángulos fijos.

Alain Aspect diseñó una versión perfeccionada. En su experimento pudo registrar los fotones que pasaban por el filtro y los que no. Esto significó que se detectaron más fotones y las mediciones fueron mejores.

En la variante final de sus pruebas, también pudo dirigir los fotones hacia dos filtros diferentes que se colocaron en diferentes ángulos. El resultado era un mecanismo que cambiaba la dirección de los fotones entrelazados después de haber sido creados y emitidos desde su fuente. Los filtros estaban a solo seis metros de distancia, por lo que el cambio debía ocurrir en unas pocas milmillonésimas de segundo. Si la información sobre a qué filtro llegaría el fotón influyera en cómo se emite desde la fuente, no estaría llegando a ese filtro. La información sobre los filtros de un lado tampoco podría llegar y afectar el resultado de la medición. De esta forma, Alain Aspect proporcionó un resultado muy claro: la mecánica cuántica es correcta y no hay variables ocultas.

Anton Zeilinger realizó también pruebas de las desigualdades de Bell. Creó pares de fotones entrelazados al hacer incidir un láser en un cristal especial y usó números aleatorios para cambiar las configuraciones de medición.

En uno de los experimentos usó señales de galaxias distantes para controlar los filtros y asegurarse de que las señales no pudieran afectarse entre sí. Los resultados obtenidos corroboraron la violación de la desigualdad de Bell, inclinando nuevamente la balanza a favor de una descripción cuántica de la realidad

Ser capaz de manipular y gestionar estados cuánticos y todas sus propiedades nos da acceso a herramientas con un potencial inesperado. Esta es la base para la computación cuántica, la transferencia y el almacenamiento de información cuántica y los algoritmos para el cifrado cuántico. Actualmente se utilizan sistemas con más de dos partículas, todas ellas entrelazadas, que los premiados con el Nobel fueron los primeros en explorar.

La primera revolución cuántica nos dio transistores y láseres, pero ahora estamos entrando en una nueva era gracias a las herramientas desarrolladas para manipular sistemas con partículas entrelazadas.

Para saber más:

https://www.youtube.com/watch?v=Ayl3ak9lx3I

https://eltamiz.com/2010/10/27/cuantica-sin-formulas-el-teorema-de-bell/

https://www.youtube.com/watch?v=-QS1Y4O2_Ts