"ACCIÓN FANTASMAL A DISTANCIA" DE EINSTEIN

(En atención a tantos amigos inteligentes que manifiestan su simpatía hacia esa ciencia tan incomprensible como sugerente. Yo me incluyo.)


"Acción fantasmal a distancia": así describió Albert Einstein burlonamente el concepto de entrelazamiento cuántico, en el que los objetos pueden quedar vinculados unos a otros e influirse entre sí a pesar de la distancia. Ahora, parece que esta acción fantasmal podría operar aun cuando ya no existiera; sus efectos subsistirían cuando ha quedado ya roto el vínculo entre objetos.

En los experimentos sobre el entrelazamiento cuántico, el fundamento de la criptografía y la informática cuánticas, se utilizan pares de fotones. La medición de uno de los fotones entrelazados de un par afecta inmediatamente a su compañero, sin importar la distancia que medie, al menos teóricamente.
La mayor distancia registrada hasta el momento es de 144 kilómetros, entre La Palma y Tenerife.

Bohr y Einstein, en una foto tomada por Ehrenfest.

(Una anécdota: Probablemente habréis leído algunas de las citas de Einstein contra la cuántica, como la que suele expresarse como “Dios no juega a los dados”. Einstein era bueno creando frases citables, pero no el único – es posible que no conozcáis la respuesta de Niels Bohr, “Einstein, deja de decir a Dios lo que hacer [a veces se añade:] con sus dados.”)

"Es una noche de verano con un cielo impresionante. Puedes tumbarte en el suelo y sentir que eres un ser vivo con el Universo frente a ti y la Tierra pegada a tu espalda. En estos momentos, no hay nada entre tú y las estrellas. Estás en la proa del planeta, con los brazos abiertos y el océano cósmico a tus pies. Miras hacia Andrómeda; de hecho a uno de sus lados. Sabes que si la observas directamente va a desaparecer, puesto que está en el límite de sensibilidad del centro de tus retinas.

Los fotones que llegan ahora a tus ojos y excitan sus bastones (células fotosensibles) se crearon en el interior de las estrellas de esta galaxia hace 2,2 millones de años, poco después de que nuestros antepasados incluyesen la carne en la dieta, comenzasen a tener cerebros más grandes y, por ello, a sorprenderse mirando el cielo estrellado. Contactar físicamente con una galaxia tan lejana a través de sus fotones es sorprendente, pero estas partículas de luz aún pueden sorprendernos más.

Algunos de esos fotones que ahora nos llegan nacieron con un hermano. Un electrón en el interior de un átomo cayó dos niveles de energía, descendió dos pisos de un solo salto y generó una pareja de fotones que huyeron de esa galaxia en distintas direcciones a la mayor velocidad a la que puede ir nada en el Universo: la velocidad de la luz. Uno de ellos es el que ha ido a parar a un bastoncillo de tu retina. El otro se encuentra muy lejos. Quizá ha llegado a otro planeta con seres vivos y está excitando la retina de un alienígena. Si este ser nos enviase un mensaje diciendo que ha recibido el fotón, llegaría a la Tierra dentro de unos cuantos millones de años. Los dos fotones “hermanos” son tan distantes que podrían parecer completamente independientes, pero nada más lejos de la realidad: están entrelazados cuánticamente.

Para ver en qué consiste el misterioso entrelazamiento cuántico imaginemos que estás mirando Andrómeda a través de un filtro polarizador, de los que se utilizan en fotografía para eliminar reflejos. Los polarizadores son parecidos a rejillas muy finas que actúan como si los fotones fuesen planos (como diminutos círculos de confeti). Si el fotón llega orientado en paralelo a las hileras de la rejilla, es decir, si su plano de polarización es paralelo al eje del polarizador, entonces se cuela. Si es perpendicular, entonces no pasa. Parece como si solamente pudiese estar orientado o bien paralelo a las hileras de la rejilla o bien perpendicular, pero no en posiciones intermedias. Esto aparentemente no tiene mucho sentido, porque tú puedes orientar el polarizador como quieras y no con ello vas a afectar la orientación del fotón. Lo misterioso es que realmente sucede así, al girar el polarizador ¡estás influyendo sobre la orientación del fotón!

La clave es que cada uno de los fotones cuando viaja no posee físicamente un plano de polarización determinado. Lo que tiene asignado es una probabilidad de atravesar el polarizador, es decir, de llegar paralelo a su eje según sea la orientación del polarizador. Por ejemplo, podría ser del 100% con el eje vertical; del 50% a 45º, y así progresivamente hasta llegar a una probabilidad nula con el eje horizontal. Cuando observamos luz polarizada verticalmente, su intensidad disminuye a medida que giramos el eje del polarizador aproximándola a la horizontal. Sin embargo, fotón a fotón lo único que vemos es que o bien pasa o bien no pasa. Es decir, a la hora de atravesar el polarizador, cuando el eje está inclinado en alguna posición intermedia entre la horizontal y la vertical, cada uno de los fotones “decide” si se coloca paralelo o perpendicular al eje. Se trata de uno de los grandes misterios de la física cuántica.

En el caso de los dos fotones entrelazados nacidos en Andrómeda, el hecho de haber sido creados simultáneamente durante la caída de dos pisos de un electrón los relaciona de tal manera que sus polarizaciones estarán correlacionadas. Puede darse el caso de que necesariamente tengan que ser paralelas entre sí cuando atraviesen un polarizador. Es decir, tu fotón y el fotón del alienígena partieron de la galaxia, mientras en la Tierra algún ejemplar de Homo ergaster se entretenía. Ambos han viajado por el espacio todo este tiempo, 2,2 millones de años, sin la orientación de sus planos de polarización definida, viviendo en un estado cuántico llamado “de superposición” que no da un resultado físico hasta que no se mide.

Un momento antes de que el fotón llegue a tu ojo interpones el filtro polarizador de la cámara fotográfica con su eje horizontal. En ese instante, la polarización del fotón deja de estar en un estado de superposición y “se decide”, pongamos por caso, por la orientación horizontal: se cuela por el polarizador y lo ves. Parece increíble, pero en ese mismo instante el fotón del alienígena, situado a millones de años luz de la Tierra, forzado por el polarizador que tú has interpuesto en el camino de su fotón hermano, no tiene más remedio que definir su estado de polarización en la dirección paralela al eje de tu filtro polarizador (en este caso). Si el alienígena interpone un polarizador orientado de la misma manera que el tuyo, verá el fotón con toda seguridad. Es la magia del entrelazamiento. Cuando colocas un polarizador frente a ti estás determinando la configuración de muchos fotones lejanos en lugares remotos del Universo.

Este hecho es una conclusión ineludible de la mecánica cuántica planteada por primera vez en 1934 por Albert Einstein y dos colaboradores suyos, Boris Podolsky y Nathan Rosen. Einstein llamó al misterioso efecto instantáneo entre las partículas entrelazadas “acción fantasmal a distancia”. Treinta años más tarde, el físico irlandés John Bell planteó un test para comprobar si realmente tenía lugar o no. Pudo ser realizado experimentalmente con total fiabilidad en el laboratorio por los científicos estadounidenses John Clauser y Stuart Freedman en 1972. Precisamente utilizaron fotones entrelazados obtenidos a partir de cascadas atómicas con átomos de calcio, es decir, de electrones que emitían dos fotones al caer simultáneamente dos pisos, como en nuestro ejemplo de Andrómeda. Los resultados confirmaron la realidad de la “acción fantasmal a distancia”, y a partir de ese año hubo una cascada de revalidaciones experimentales culminadas por los experimentos del físico francés Alain Aspect, que dieron lugar a su tesis doctoral en 1983."

Octavi López Coronado es Doctor en Física y divulgador científico. Actualmente trabaja como responsable de Comunicación Científica en el Área de Comunicación de la Universitat Autònoma de Barcelona.