Adán Cabello: En los lí­mites del conocimiento

A principios de agosto el catedrático del área de Fí­sica Aplicada de la Universidad de Sevilla Adán Cabello concedió una entrevista al DeVerdad digital. Los resultados obtenidos en un experimento realizado de Innsbruck puso patas arriba la vieja disputa entre Einstein y la fí­sica cuántica. Adán Cabello y sus colegas Elias Amselem, Magnus Radmark y Mohamed Bourennane, del Departamento de Fí­sica de la Universidad de Estocolmo, presentaron la semana pasada, en la prestigiosa revista Physical Review Letters, los resultados de un experimento que demuestra que una sola partí­cula también posee extrañas propiedades cuánticas que hasta ahora se creí­an exclusivas de parejas de partí­culas «entrelazadas». En esta ocasión, Adán Cabello no solo ha vuelto a recibirnos, sino que cordialmente ha contribuido a que cualquiera de nosotros podamos entender un mundo situado en las fronteras del conocimiento humano de la naturaleza. Un joven cientí­fico, un investigador de vanguardia y, también, un divulgador cientí­fico del conocimiento más avanzado. Esperamos pronto poder abrir una sección de divulgación sobre los temas más avanzados en el mundo cuántico.

En el exerimento que has realizado en Estocolmo, habéis encontrado que el comportamiento de los fotones, tomados de uno en uno, no se puede explicar mediante teorías de variables ocultas no-contextuales. ¿Puedes explicarnos esto? Lo que hemos hecho en Estocolmo es básicamente lo mismo que hicimos en Innsbruck con parejas de iones de calcio. El experimento consiste en hacer nueve preguntas diferentes, sobre esos sistemas en un caso parejas de iones, en el otro fotones individuales, agrupados de seis maneras distintas. Es decir, en cada fotón hacemos tres preguntas en diferente orden, después en otro fotón otras tres preguntas… en total, esas preguntas son de nueve tipos. Si suponemos que las respuestas a esos experimentos están de alguna manera determinadas por las propiedades del sistema o por la interacción que hacemos nosotros con el sistema, los resultados tienen que tener una cuota superior, y sin embargo la mecánica cuántica predice que sea cual sea el estado inicial de nuestro sistema, esa cuota superior se rompe, y se rompe con bastante diferencia. Por ejemplo, si es 4, esos resultados experimentales son del orden de 5 en Estocolmo. Lo curioso es que el mismo tipo de preguntas se hacen en ambos sistemas pero en Estocolmo se hacen sobre sistemas individuales, ¿qué tiene esto de especial?, que en cierto modo no es sorprendente encontrar comportamientos de este tipo en sistemas compuestos, porque existen desde hace mucho tiempo las desigualdades de Bell, que se violan para sistemas compuestos, sin embargo es la primera vez que se encuentra una cosa de este tipo para sistemas individuales. Esta es la importancia del experimento de Estocolmo. Pero cuando hablas de preguntas, te refieres a mediciones, ¿no?. Sí, mediciones. Tenemos un determinado observable físico, anotamos el resultado, a continuación sobre ese mismo sistema, otro. Además son observables sencillos, solo tienen dos posibles valores, + 1 o -1. A continuación medimos un segundo, anotamos, y a continuación medimos un tercer observable físico. Hay seis situaciones distintas, y éstas involucran nueve medidas diferentes. Son seis situaciones medidas de tres observables, uno tras otro. Hay una desigualdad que se tiene que cumplir en cualquier teoría de las llamadas de variables ocultas no-contextuales que dice que tiene que ser como mucho 4. La mecánica cuántica, en un caso ideal, si no tuviésemos ningún tipo de imperfecciones, tendría que salir 6. En el experimento, que tiene ciertas imperfecciones inevitables, no llega a salir 6, pero sale 5,5. Surgen dos preguntas imprescindibles: ¿qué consecuencias tiene esto?, y ¿qué es lo que no ha permitido obtener este resultado hasta ahora?. Aunque mejor empezamos por la segunda… ¿no se hicieron la pregunta?, ¿no había medios? Un curiosa influencia de las dos cosas. El teorema matemático que sustenta estos resultados es de 1967. Pero está en una forma muy matemática, ocupa 29 páginas, y es la demostración de un teorema. El año pasado convertimos esa demostración en una desigualdad muy sencilla, una desigualdad que se puede, eventualmente, experimentar en el laboratorio. Pero hasta entonces han transcurrido 40 años y ese pequeño salto de una demostración matemática abstracta a una desigualdad experimentada en el laboratorio no se había dado. No se había hecho porque a nadie se le había ocurrido. Pero lo más importante es que una vez a uno se le ocurre viene la segunda parte. Estos experimentos son muy delicados y solo se pueden hacer en muy pocos laboratorios. Ha sido una coincidencia, porque justo cuando nos hemos dado cuenta de que se podía hacer estamos, en algunos laboratorios del mundo, tecnológicamente avanzados para pensar seriamente que se podían hacer los experimentos. El caso de Innsbruck es muy curioso. El grupo de Innsbruck se ha hecho famoso por ser el primero en construir puertas lógicas para ordenadores cuánticos. Y son precisamente estas puertas lógicas las que nos han permitido hacer esta secuencia de tres medidas sobre sistemas. Porque para hacer tres medidas sucesivas sobre tres iones de calcio hacen falta seis puertas lógicas y tres medidas intermedias. Precisamente el grupo de Innsbruck tiene esas capacidades. Es un caso curioso de coincidencia de como el desarrollo de la computación cuántica a largo plazo ha permitido, a corto plazo, ver una cosa de importancia fundamental que se nos podía haber ocurrido hacer cuarenta años, pero que se nos ocurrió el año pasado. Ahora hay otro experimento en marcha muy similar pero con sistemas de resonancia magnética nuclear en el que ocurre lo mismo. Hay un grupo en Canadá que lleva muchos años investigando cómo construir puertas lógicas para un ordenador cuántico para un sistema de resonancia magnética nuclear, y lo han resuelto. Ahora estamos preparando un experimento similar, con el mismo tipo de preguntas, descritas por las mismas matrices en mecánica cuántica, aunque el sistema es completamente distinto. Y en Estocolmo es algo parecido. Un grupo que tiene una gran tradición en el control de fotones. Probablemente en ese momento era el único grupo que tenía ocho detectores individuales que son los que exactamente hacen falta para este experimento, tal y como lo pensamos inicialmente. Una feliz coincidencia.