Pregúntele a Ethan: ¿Es posible usar entrelazamiento cuántico para enviar mensajes más rápido que la luz?

IKAROS Japanese Solar Sail Concept en un sistema estelar remoto

Ya hemos discutido el proyecto de Yuri Milner y Stephen Hawking, Breakthrough Starshot , para enviar una nave espacial a otro sistema solar ubicado en nuestra galaxia. Y aunque una gran variedad de láseres puede, en principio, enviar barcos ligeros del tamaño de un microchip a otra estrella a una velocidad del 20% de la velocidad de la luz, no está claro cómo estos dispositivos, privados de fuentes de energía, nos transmitirán mensajes a través de vastos espacios. Olivier Manuel cree que encontró una salida:

Esta es una suposición audaz, pero ¿es posible usar entrelazamiento cuántico para transmitir mensajes?

Vale la pena considerar esa oportunidad. Echemos un vistazo a esta idea.



Imagine que tiene dos monedas, cada una de las cuales se puede sacar con cara o cruz. Uno está contigo, el otro está conmigo y estamos muy lejos. Los tiramos, los atrapamos y los ponemos sobre la mesa. Cuando miramos la moneda, esperamos que cada uno de nosotros tenga una probabilidad de 50/50 de abrir el águila y 50/50 de cruz. En el Universo ordinario y desenredado, nuestros resultados con usted no dependerán el uno del otro. Si obtienes un águila, todavía tengo una probabilidad de 50/50 de obtener un águila o colas. Pero en circunstancias especiales, los resultados pueden ser confusos, es decir, cuando sueltas un águila, puedes estar 100% seguro de que tengo colas, incluso antes de hacértelo saber. Lo sabrás al instante, incluso si hay años luz entre nosotros.


Prueba de mecánica cuántica de Bell para partículas con espín de medio entero

En física cuántica, no son las monedas las que se confunden, sino las partículas individuales, los electrones o los fotones, y luego, por ejemplo, cada uno de los fotones tiene un giro de +1 o -1. Si mide el giro de uno de ellos, puede reconocer inmediatamente el giro del otro, incluso si está a medio universo de distancia. Hasta que mida el giro de estas partículas, existirán en un estado indefinido; pero cuando mides uno, inmediatamente reconocerás el segundo. En la Tierra, realizamos un experimento en el que dos fotones enredados estaban separados por muchos kilómetros, y medimos sus espines con un intervalo de menos de unos pocos nanosegundos. Descubrimos que si uno de ellos resultó ser +1, sabíamos que el otro es -1 10,000 veces más rápido que la velocidad de la luz nos permitiría transmitir esta información.



Volvamos a la pregunta de Olivier: ¿se puede usar esta confusión para transmitir mensajes de un sistema estelar remoto al nuestro? En principio, sí, si la medición tomada en un punto remoto se toma como una de las formas de comunicación. Pero hablando de mensajes, lo más probable es que quieras saber algo sobre el punto remoto. Puede, por ejemplo, mantener una partícula en un estado indefinido, enviarla a una estrella distante y establecer la tarea de encontrar un planeta rocoso en la zona habitable. Si el sistema encuentra el planeta, entonces la medición obliga a la partícula a aceptar el estado +1, y si no lo encuentra, la medición le da a la partícula el estado -1.



Por lo tanto, parece que la partícula en la Tierra, cuando la mides, estará en el estado -1, lo que significará que la nave espacial encontró un planeta rocoso en la zona habitada, o en el estado +1, lo que significa que no hay planeta allí . Si sabe que se ha producido una medición, debería poder realizar su medición e inmediatamente averiguar el estado de esa partícula, que probablemente esté a muchos años luz de distancia.


Patrón de onda durante el paso de electrones a través de dos ranuras. Si medimos a través de qué espacio específico pasan los electrones, se viola la imagen de la interferencia cuántica.

Un plan brillante, pero tiene un problema: el enredo solo funciona si le preguntas a la partícula: "¿en qué estado estás?". Si obliga a una partícula enredada a aceptar un estado, violará el enredo y la medición en la Tierra no dependerá de las mediciones de una estrella distante. Si simplemente mide el estado de una partícula distante, ya sea +1 o -1, su medición en la Tierra le dará, respectivamente, -1 o +1, y sabrá el estado de la estrella distante. Pero si obliga a una partícula remota a aceptar un estado de +1 o -1, significará, independientemente del resultado, que su partícula en la Tierra estará en un estado de +1 o -1 con 50/50 posibilidades.


Experimento de borrado cuántico

Esta es una de las propiedades más oscuras de la física cuántica: el enredo puede usarse para obtener información sobre un componente de un sistema cuando se conoce el estado completo y se mide el estado de otro componente, pero no para crear y transmitir información de una parte de un sistema enredado a otro. Una idea difícil, Olivier, pero no hay comunicación a una velocidad más rápida que la luz.


El efecto de la teletransportación cuántica se confunde con viajar más rápido que la luz. De hecho, la información no se transmite más rápido que la luz.

El entrelazamiento cuántico es una propiedad increíble, y se puede usar para diferentes propósitos, por ejemplo, en un sistema de cerradura / llave ideal. ¿Pero son las comunicaciones más rápidas que la luz? Para comprender por qué esto es imposible, debe comprender la propiedad clave de la física cuántica: obligar a una parte de un sistema enredado a la transición a un cierto estado no le permite obtener información sobre este estado midiendo su parte restante. Como dice la famosa declaración de Niels Bohr:

Si la mecánica cuántica aún no te ha impactado, simplemente no lo entiendes todavía.

El Universo constantemente juega a los dados con nosotros, para gran disgusto de Einstein. Pero la naturaleza molesta incluso nuestros mejores intentos de hacer trampa en este juego. ¡Ojalá todos los jueces con los árbitros fueran tan estrictos como las leyes de la física cuántica!