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sábado, 12 de mayo de 2012

Entanglement swapping hacia el pasado

Recientemente hemos visto una noticia impresionante en los medios, científicos consiguen manipular eventos del pasado. ¡Qué barbaridad! Esto permitirá que nos manden del futuro algo mejor que lejía.  Casualmente, ha sido el grupo de mi instituto en Viena el que ha  conseguido semejante avance, con Anton Zeilinger como director. En este post vamos a analizar con cuidado que es lo que realmente se hace en el experimento en cuestión y así podremos ver si las informaciones de los periódicos, como ABC, son correctos en sus comunicación científica. 

El artículo original se publicó en Nature Physics y se titula Experimental delayed-choice entanglement swapping. Lo primero que debemos hacer, sin duda es entender de que va eso del "entanglement swaping". 

Entanglement swapping 

En este blog ya hemos hablado del entanglement, o entrelazamiento, bastante. Como resumen diremos que el entrelazamiento consiste en que dos partes de un mismo sistema pueden cambiar de estado instantáneamente cuando se mide a su compañera. Esto de "instantáneamente" causa algo de resquemor porque según la relatividad ningún efecto puede viajar más rápido que la luz, pero en realidad no se crea ningún conflicto debido a que el resultado de la medida es aleatorio y no lo puedes decidir tú, por lo que no puedes enviar ninguna información real. Para más información se puede leer el post sobre entanglement.  

Pasemos entonces al entanglement swapping o "transferencia de entrelazamiento". Este fenómeno trata de eludir una propiedad un poco fastidiosa del entanglement. Ocurre que, aunque el entanglement pueda medirse entre partículas que esté arbitrariamente separadas, para crearlo entre dos partículas deben estar en el mismo sitio (o muy cerca). Sólo si puedo manipular las dos partículas juntas, podré entrelazarlas y esto puede ser una restricción importante para muchos propósitos. Sin embargo, como ya he dicho,  hay una manera de eludirlo. 

Imaginemos que nuestros amigos Bob y Alicia tienen cada uno una partícula (o el sistema que queráis) y que tienen un especial interés en entrelazar esas dos partículas. Además no tienen un medio de comunicación cuántico directo entre ellos, esto quiere decir que no se pueden intercambiar otras partículas ya entrelazadas. Sin embargo, tienen suerte, tienen un amigo común Víctor con el que sí que pueden intercambiar partículas entrelazadas. 

El procedimiento entonces es relativamente sencillo. Alicia prepara dos partículas entrelazadas y le manda una a Víctor, Bob hace lo mismo por lo que Víctor tiene dos partículas, una entrelazada con Alicia y la otra con Bob. La cuestión es que Víctor puede medir estas dos partículas de una determinada manera y transmitirle la información a Bob y Alicia y así conseguir que las partículas de estos pasen a estar entrelazadas entre sí, aunque nunca se hayan encontrado. Ojo, aquí se encuentra uno de los puntos más importantes del nuevo experimento, Víctor tiene que comunicarse con Alicia y Bob para que estos puedan entrelazar las partículas de la manera deseada, si no las partículas se entrelazan de una manera arbitraria y eso no es detectable.  Sin comunicación no hay nada que Alicia y Bob puedan medir al respecto y nunca podrán demostrar que sus partículas se entrelazaron. 

Mencionar también que el primer experimento que consiguió entrelazar partículas de manera determinista se realizó aquí en Innsbruck, por parte del grupo de Rainer Blatt (ver Deterministic entanglement swapping).



Esquema del dispositivo que entrelaza los iones A y D. Fuente.

El nuevo experimento de Zeilinger 

El nuevo experimento del grupo de Viena es muy parecido al que he mencionado antes, pero con una importante diferencia. En este nuevo experimento Carlos hace la medida que entrelaza las partículas cuando estas ya han dejado de existir. Esto se ve muy claro en un dibujo del paper original.




Se puede observar que es muy similar al anterior, solo que Alicia y Bob manipulan sus partículas antes de que Víctor las mida, en concreto 520 nanosegundos antes. Aún así el análisis estadístico de los resultados muestra que las partículas de Alice y Bob se han entrelazado como resultado de esa medida que se hace después. Los principales resultados se encuentran en la siguiente tabla, donde "entanglement witness" significa "prueba de entanglement" y es una medida que demuestra que el entrelazamiento se ha producido si es distinta de cero.


Y esto ¿no da problemas de causalidad? Es decir, ¿no podemos usarlo para mandar un mensaje al pasado? Los números de la lotería estaría bien, aunque necesitaríamos algo más de 500 nanosegundos. Lo cierto es que no da ningún problema debido a un punto esencial que ya he mencionado antes. ¿No lo recordáis?

La cuestión es que para crear un efecto medible por Alicia y Bob sería necesario que Víctor les comunicara el resultado de su medida. Es decir, para enviar un mensaje al pasado necesitamos la capacidad de enviar mensajes al pasado. ¿Cómo lo ha medido este grupo entonces? Pues es sencillo, ellos tienen todos los datos a su disposición, los de Alicia, Bob y Víctor y con eso se puede calcular que se ha producido el entrelazamiento, pero Alice y Bob solos nunca podrían saberlo. De hecho todo esto se basa en las leyes de la física cuántica y, dado que no hay nada medible en el pasado en si, no es concluyente para poder afirmar que realmente el pasado cambió. Tal vez la física cuántica no sea la teoría definitiva que explique este fenómeno y hay otra explicación posible.  La causalidad está a salvo y el cerebro de Einstein descansa tranquilo en su bote una vez más.

Sólo mencionar, para acabar, que este experimento ha sido realizado por el grupo de Zeilinger en el IQOQI de Viena, pero fue propuesto hace ya bastante por uno de los grandes de la física cuántica, Asher Peres.

Crítica a otros medios de comunicación

Como ya he escrito antes este experimento ha sido muy divulgado por los medios de comunicación habituales, como ABC. En este periódico en concreto publicaron un artículo titulado Logran cambiar, desde el presente, un evento del pasado, artículo que fue portada en menéame

El artículo de ABC no me parece que exagere especialmente los resultados, pero tampoco clarifica ciertas cosas que serían muy importantes. Leyéndolo con cuidado se ve que nunca dice que se pueda modificar un evento ya pasado, o que se pueda enviar un mensaje a tu abuelo ya fallecido, pero tampoco lo niega. Un hecho fundamental, el que el efecto sólo se puede observar desde el presente y no es medible en el pasado, no se menciona en absoluto. No puedo saber si el sensacionalismo viene del periodista en cuestión o quizás Zeilinger fue muy entusiasta al comunicar sus resultados, cosa que no creo porque en el artículo de Nature Physics viene bastante claro. 

En cualquier caso no puedo más que recomendar a los periodistas que huyan del sensacionalismo y que comprueben los resultados que publican. Preguntar a científicos que sean expertos en el tema, aparte de los autores, puede ser una gran medida. 

10 comentarios:

  1. Como me alegra tener razón: eras el mejor para escribir este artículo y lo has demostrado de sobra.

    Muchas gracias, Daniel.

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  2. Vaya, vas a hacer que me sonroje. XD

    Muchas gracias a ti.

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  3. "Carlos hace la medida que entrelaza las partículas cuando estas ya han dejado de existir."

    ¿Qué es eso de "la medida que entrelaza las partículas"?
    y, ¿sería posible el resultado para partículas con tiempo propio o es válido solo para fotones?.

    Saludos.

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  4. ¡Fascinante, de todos los artículos que he leído sobre esta noticia, este es el más claro! ¡Muchas gracias!

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  5. ¿Por qué Alice y Bob no pueden medir la correlación de los fotones 1 y 2?. Si obtienen una correlación mayor que 0.5, entonces es que los fotones 2 y 3 han sido objeto de una medida EPR en el futuro por Victor. Si la correlación es menor que 0.5, entonces es que a los fotones 2 y 3 se les ha realizado una medida de estados separados (o incluso, no se realiza medida alguna). Opino que los datos se ponen todos juntos para mostrar el resultado del experimento.

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  6. Hola.

    Buena pregunta Fortuna. La cuestión es que midiendo sólo la correlación no puedes detectar si hay entrelazamiento o no, también existen correlaciones clásicas. En el artículo lo que hacen es medir correlaciones en distintas bases, y si hay en todas las bases es que ha habido "entanglement swapping" y si no no ha habido.

    La cuestión es que dependiendo del resultado que le salga a Víctor, que es aleatorio, las correlaciones son de una manera u otra. Si las pones todas juntas, no detectas nada, así que necesitas el resultado de Víctor para reordenar los datos y detectar así las correlaciones.

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  7. Gracias por contestar, Daniel.

    Te copio lo mismo que estoy preguntando en foro.migui.com . Espero que no te moleste.

    Pongo lo que creo que pasa. A ver qué es lo que estoy entendiendo mal.

    Si los fotones (12) y (34) están entrelazados las posibilidades de medición son:

    1234
    0101 f=1/4
    0110 f=1/4
    1001 f=1/4
    1010 f=1/4

    (f indica la frecuencia del suceso)

    Si medimos la correlación (14) con independencia de Victor, tenemos

    14
    00 f=1/4
    01 f=1/4
    10 f=1/4
    11 f=1/4

    Si definimos la correlación como la suma de frecuencias p(+)=>f(00)+f(11) y p(-)=>f(01)+f(10) que miden Ann y Bob con independencia de lo que haga o mida Victor.

    p(+)=1/2
    p(-)=1/2

    Esta es la situación donde Victor no correlaciona los fotones 1 y 2.

    Ahora, si por lo que sea, el fotón 1 está correlacionado con el 4, los casos (0)(x)(y)(0) y (1)(x)(y)(1) no son posibles. Nos queda:

    1234
    0101 p=1/2
    1010 p=1/2

    Por lo que para las lecturas de Ann y Bob serían:

    14
    01 p=1/2
    10 p=1/2

    Pero si definimos las correlaciones como antes, nos queda:

    p(+)=0
    p(-)=1

    Esta medida se hace sin requerir los valores de las medidas de Victor y nos indica que si medimos los valores medios de p(+) y p(-) sabremos si los fotones 1 y 4 están entrelazados.

    Nota: Esas medidas las realizamos con un conjunto suficientemente grande de fotones.

    Saludos.

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  8. Bueno, pues ya sé donde está el quid de la cuestión.

    http://www.vlatkovedral.org/old/articles/vlatko3.pdf

    Al parecer, por el simple hecho de medir el estado de Bell de los fotones 23 hace que éstos y los 14 se entrelacen. Ver figura 1 y fórmulas 3a a 3d.

    El tema es que parece ser que los fotones 1 y 4 pueden estar entrelazados dando 4 posibilidades (HH o VV) ,(HV o VH) dependiendo de lo que obtenga Victor, que también puede medir cualquier combinación 23 y VH.

    Con ello, los valores de p(+) y p(-) que dí antes, seguirán siendo 1/2 y sólo podremos saber que hay entrelazamiento cuántico de 14 después de cotejar los 4 fotones.

    Saludos.

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  9. Hola Fortuna.

    Perdona, la tardanza, pero no he visto tu comentario. Ya que veo que entiendes de estas cosas puedes ver la explicación que dio Adán Cabello en Amazings, que es algo más densa que esta pero mucho más precisa.

    http://amazings.es/2012/05/16/han-logrado-cambiar-el-pasado/

    Un saludo.

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  10. De las cosas que me chirrían, esta es la que más agradecería que alguien me aclarara: si lo entiendo bien, en el experimento hay dos pares de partículas entrelazadas, A-A1 y B-B1. A1 y B1 se le mandan a "Víctor". Si este entrelaza A1 y B1, entonces A y B se entrelazan también, y queda una especie de "tetrámero". Vale. Pero lo sorprendente del artículo de ABC es que si se elimina A antes de que Víctor entrelace sus partículas, cuando Víctor proceda al entrelazamiento de A1 y B1, B quedará entrelazada con A... ¡aunque A ya no exista! ¿Cómo se entrelaza B con una partícula que ya no existe?

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