El entrelazamiento cuántico y el Nobel de física de 2022 (2)

Los experimentos sobre teleportación se realizan siempre con fotones, el nombre que se da a los grupos o paquetes de ondas de la luz, de la radiación electromagnética. La razón es que la luz se maneja muy bien, y los electrones con mucha mayor dificultad, y además es imposible lanzar electrones de la isla de Tenerife a la de La Palma, como ha hecho el grupo de Zeillinger en uno de sus experimentos de más fama. Si se comienzan con electrones, pronto, en el experimento, se pasa de electrones a fotones que los representan. 

Los experimentos se realizan con estados de polarización superpuestos o entrelazados. Una vez polarizados ambos fotones con polarización vertical paralela o en ángulo de 90º entre sí, pero, y esto es muy importante, una polarización concreta y fija, se lanzan en la misma dirección y sentidos opuestos. En sus caminos atraviesan filtros de polarización que forman ángulos arbitrarios con la vertical. Luego se detecta su polarización mediante otros filtros de tipo Polaroid como los primeros. El resultado de los experimentos es la correlación entre las polarizaciones finales de ambos fotones.

Eligiendo adecuadamente los ángulos de los 4 filtros de polarización [0º, 45º, (45º-45º/2), (45º+45º/2)]  el resultado es el que proporciona la Mecánica Cuántica. Este resultado se obtiene al operar con lo que se denominan “Matrices de Pauli” o productos geométricos. Cada una de las matrices está determinada en sus valores por el ángulo del filtro polarizador correspondiente. Las correlaciones cambian con los valores iniciales de las polarizaciones de los fotones y con las operaciones secuenciales de las matrices de Pauli. 

Lo interesante es realizar ese cálculo de correlaciones con discos macroscópicos que giran alrededor de su eje con direcciones fijas, y que van cambiando la dirección del eje a los largo de su camino o del tiempo. Los cambios de dirección del eje de giro se producen mediante aplicación de productos geométricos que coinciden con las Matrices de Pauli. El resultado de las correlaciones al cabo de dos giros con los mismos ángulos que los elegidos para los experimentos con fotones, es el mismo para los discos macroscópicos que para los fotones cuánticos. 

Como dice la Teoría de la Relatividad especial, la información no se puede transmitir a mayor velocidad que la de la luz. Cuando cambia la polarización de un fotón no se cambia la del otro. Los cambios en ambos fotones están correlacionados porque ambos empiezan con una polarización fija y la cambian, en los dos filtros que atraviesan cada uno, de manera secuencial representada por las matrices determinadas por los ángulos de los filtros. 

Si conjuntos de dos personas salen del mismo punto en una ciudad en dos direcciones determinadas (sentidos opuestos o direcciones perpendiculares) y realizan giros para tomar otras calles de manera secuencial, siempre con los mismos ángulos, aunque a veces se equivoquen, cuando el número de parejas sea grande, el resultado de las correlaciones será el que marca la mecánica cuántica sin que al girar una persona en una esquina, gire la otra de la pareja forzosamente en la otra esquina correspondiente. 

Los experimentos de Aspect, Clauser y Zeillinger son preciosos, detalladísimos y realizados con un cuidado exquisito. Pero como ocurre con muchos fenómenos que tienen lugar a escalas muy pequeñas de posición y con energías de interacción similares a las propias de los sistemas, la interpretación usual merece análisis muy profundos. 

 

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