Entrelazamiento cuántico: ¿por qué tanto alboroto?

Question

Teniendo en cuenta que soy un profano -sin formación en física-, ¿podría alguien explicarme qué tiene de "gran cosa" el entrelazamiento cuántico?

Solía pensar que lo entendía: que 2 partículas, digamos a un año luz de distancia espacial, pudieran afectarse físicamente, de forma instantánea. Aquí entendería el "gran problema".

Leyendo un poco más he llegado a entender (quizá incorrectamente) que las partículas separadas espacialmente pueden no afectarse mutuamente, pero conociendo las propiedades de una se pueden inferir las de la otra.

Si ese es el caso, no veo cuál es el problema... ¿2 cosas tienen algunas propiedades establecidas en correlación entre sí en el punto de entrelazamiento, se separan, se miden, y se encuentra que tienen estas propiedades...?

¿Qué me estoy perdiendo? ¿Es que las propiedades de las partículas están en un estado "no fijado" y sólo se fijan cuando se miden? (es decir, la función de onda se colapsa). Si esto es cierto, ¿por qué pensamos esto en lugar de la idea más intuitiva de que las propiedades se fijaron en un momento anterior?

Answer 1

Me gusta utilizar las siguientes analogías cuando pienso en el entrelazamiento cuántico. Si el mundo funcionara como @joshphysics describe en la primera parte de su respuesta, donde dos canicas de distinto color se colocan en dos cajas separadas y luego se separan, entonces al abrir una de las cajas, la persona que mira dentro sabrá con certeza de qué color es la otra caja porque el color de las canicas de cada caja se determinó durante el "proceso de entrelazamiento", pero no hay nada intuitivamente "raro" en ello. Pero, como demostró @joshphysics, esto no es equivalente al entrelazamiento cuántico.

El enredo es más bien lo siguiente: imagina que juntas dos monedas de tal manera que quedan "enredadas" (tal vez lanzas algún tipo de hechizo o algo así). Una persona se lleva una moneda a la Luna y otra se lleva la otra a Marte. Desde la perspectiva de cada persona, la probabilidad de que salga cara o cruz después de lanzar su moneda es del 50%. Lo que implica el entrelazamiento cuántico es que una vez que una de las personas lanza su moneda y descubre que sale, digamos, cara, entonces, pase lo que pase (suponiendo que las monedas sigan entrelazadas), cuando la otra moneda se lance más tarde (puede lanzarse en cualquier momento después de la primera), tendrá que salir cruz. Desde el punto de vista del segundo lanzador, seguirá teniendo un 50% de posibilidades de obtener cara o cruz, pero una vez que la primera moneda haya salido cara, la segunda tendrá un 100% de posibilidades de salir cruz, independientemente de cuándo se lance después de la primera. Qué raro.

Answer 2

Hay dos cosas que hacen sorprendente la versión cuántica de "poner una bola blanca en una caja, una bola negra en otra, barajar las cajas, luego abrir una caja y saber lo que contiene la otra".

1. Podemos jugar con la relación entre las dos cajas. De formas que no serían posibles si cada bola estuviera realmente en una u otra caja.

2. Puedes hacer experimentos en los que los resultados coincidan demasiado a menudo . Más de lo que sería posible si cada bola estuviera realmente en una u otra casilla.

Parte de lo que hace especialmente confuso el segundo punto es que el acuerdo adicional sigue sin permitir la comunicación. Los experimentos aislados pueden obtener algunas correspondencias a posteriori, pero no pueden señalarse mutuamente para cambiar el procedimiento que ya iban a seguir.

Intentaré ilustrarlo con un juego. Se trata de un juego en el que las estrategias clásicas no pueden garantizar una victoria el 100% de las veces, pero las estrategias cuánticas en las que compartes algunas cosas enredadas de antemano puede . Estas son las reglas:

• Usted y su pareja están aislados el uno del otro.
• Recibes dos fichas.
• Un árbitro elegirá una fila de un tablero de 3x3 al azar y te la dirá.
• Puedes no usar tus fichas o usarlas para cubrir dos casillas de la fila. No está permitido cubrir una sola casilla. Sólo 0 ó 2.
• Tu amigo pasa por un proceso similar, pero juega en una columna en lugar de en una fila.
• Una vez que ambos han elegido cómo jugar, vuelven a reunirse y comparan los resultados.
• Si la única celda que se encuentra tanto en tu fila como en la columna de tu amigo está cubierta por exactamente uno token, entonces tú ganas. Si no, pierdes.

He aquí una imagen que ilustra algunos resultados de algunas personas que ganan, pierden y no siguen las reglas:

Ya ves que se trata de una especie de juego de coordinación. Tú y tu amigo tenéis que cooperar para que uno de vosotros cubra la celda común, pero no el otro. Es difícil porque durante el juego cada uno de vosotros no sabe de qué celda se trata exactamente, y no podéis comunicaros.

Intenta idear formas de ganar el juego. Apuesto a que no puedes hacerlo mejor que esperar ganar 8/9 partes de las veces. Incluso puedes probar con canicas de colores en cajas. No importa. Lo mejor que puedes hacer es 8/9.

Un ejemplo de esta estrategia óptima es: tú siempre juegas en la casilla de la izquierda y del centro de tu fila, mientras que tu amigo sólo juega si consigue la columna de más a la derecha. Sólo pierdes si te toca la columna de más a la derecha y tu amigo tiene mala suerte, lo que ocurre 1/9 de las veces.

Pero, como he dicho, hay una estrategia cuántica que gana el 100% de las veces. Masajea la correspondencia a posteriori para que coopere en cubrir la célula común exactamente una vez, a pesar del aislamiento.

Sería un poco prolijo explicar la estrategia aquí, pero por eso escribí esta práctica pero ligeramente técnica entrada de blog . Aquí hay una imagen que muestra los circuitos cuánticos utilizados como parte de ganar el juego. Es bonita, pero no demasiado informativa fuera de contexto:

También hay un artículo de wikipedia aunque utiliza una ligera variante del juego que he descrito.

Answer 3

(Sólo añado una respuesta más a las claras dadas anteriormente) La "rareza" del entrelazamiento de dos partículas de espín 1/2 es la siguiente: Si tienes dos observadores Alice y Bob, separados por una distancia cualquiera, y les dices que midan los espines del par enredado, de tal forma que los analizadores se roten aleatoriamente para que cuando se haga una medida sobre una partícula del par no esté en contacto causal con la otra partícula. Es decir, el suceso "Alicia midiendo el espín de una partícula del par" no está en el cono de luz pasado de "Bob midiendo el otro espín del par" y viceversa. Aun así, los espines están correlacionados. Esto es, en esencia, el experimento de Alain Aspect y el espíritu de la correlación EPR.

Answer 4

Su error al interpretar el entrelazamiento como mera correlación es muy común. De hecho, todo el argumento de Einstein contra la mecánica cuántica en EPR era restaurar la causalidad en la mecánica cuántica interpretando el entrelazamiento como nada más que una correlación preexistente. Sin embargo, Bell demostró que esto falla. Desgraciadamente, muchas personas, como Lubos Motl, no han comprendido esta idea medio siglo después del descubrimiento de Bell. Las partículas entrelazadas tienen que recibir instrucciones sobre cómo comportarse de alguna manera, y esto tiene que ocurrir instantáneamente.

Consulte http://www.youtube.com/watch?v=lt6PFPKJqZg

Answer 5

No es para tanto. Normalmente, la gente que no lo entiende te dirá que es para tanto...

Digamos que, usted tiene 2 objetos y observable con sólo dos valores propios. Un objeto está en estado "+1" y el otro "-1". El mundo en el que viven estos objetos tiene una regla según la cual la suma de todos estos valores es constante (cero en este caso). Imaginemos que estos objetos colisionan (interactúan de tal manera que este observable puede cambiar).

Ahora, la mejor suposición (si no conoces ningún detalle) es simplemente suponer que el sistema se encuentra en el estado "+1"×"-1" o "-1"×"+1". Y ya está.

Si se observa un objeto y se determina su estado, se conoce inmediatamente el estado del otro, debido a la regla de conservación.

Lo que es una especie de gran cosa (pero yo preferiría decir que es sólo "cool" y no una gran cosa), que hay estados que preservan corelaciones para múltiples observables ("+-"-"-+" estado de espín si se mide a lo largo de cualquier eje siempre producirá resultados correlacionados).