Pequeñísimos en tamaño; gigantes en tecnología

Lo molecular, lo atómico y subatómico es objeto de estudio de la mecánica cuántica, y este 2025 es el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica. Es una iniciativa global que busca aumentar la conciencia pública sobre la importancia de esta parte de la física y sus aplicaciones, ya que está adquiriendo más protagonismo en muchas aplicaciones. La iniciativa fue impulsada por la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (Unesco).

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Incluye aplicaciones como la computación cuántica, la criptografía cuántica y sensores avanzados, los cuales utilizan principios de esta parte de la física. Por ejemplo, la computación cuántica usa qubits en lugar de bits para realizar cálculos. Un qubits o bit cuántico es un sistema cuántico con dos estados propios y que puede ser manipulado arbitrariamente.

Los qubits pueden existir en múltiples estados simultáneamente gracias a la superposición, lo que permite resolver problemas complejos más rápidamente que las computadoras clásicas. Empresas como IBM y Google están desarrollando ordenadores cuánticos que prometen revolucionar la informática. Otras tecnologías cuánticas son la criptografía cuántica, que incluye métodos como la distribución de clave cuántica, la cual permite la transmisión segura de información. 

Dicho método utiliza principios de entrelazamiento cuántico para detectar cualquier intento de interceptación, lo que lo hace extremadamente seguro frente a ataques cibernéticos. También se tienen los sensores cuánticos, usados en aplicaciones como la exploración geológica la navegación y la detección de campos magnéticos. Otro uso de esta novedosa tecnología está relacionado con la simulación cuántica, que permite modelar sistemas cuánticos complejos que son difíciles de simular con computadoras clásicas.

Tiene aplicaciones en química, física de materiales y biología, donde se pueden estudiar interacciones a nivel molecular. Asimismo, las telecomunicaciones cuánticas tienen presencia utilizando la fotónica cuántica, con el fin de mejorar la eficiencia y la capacidad de los canales de comunicación. Esto incluye el uso de partículas de luz (fotones) para transmitir información de manera más eficiente que los métodos tradicionales. 

El tema del entrelazamiento cuántico mencionado arriba, vamos a presentarlo siguiendo apartes del artículo de la periodista de National Geographic, Noelia Freire, titulado: ¿Qué es el entrelazamiento cuántico y por qué Einstein estaba equivocado? Ella escribió – a manera de introducción – que considerado en un primer momento algo imposible por Albert Einstein, el entrelazamiento es una idea que está trasformando las tecnologías tal y como las conocemos.

Luego expone: “imagina que lanzas los dados y, sin importar que tan lejos estén uno del otro, siempre muestran el mismo número: si tu dado tiene un dos, el que ha caído a 5.000 kilómetros de distancia también lo tendrá. Parece algo irreal, ¿verdad? Aunque parezca mentira, no lo es. Sin embargo, parece un hecho fantástico que, prácticamente, acabamos de inventarnos, esto ocurre realmente en el mundo cuántico y es conocido bajo el nombre de “entrelazamiento cuántico”.

¿Pero qué es eso exactamente? Es casi como si dos partículas compartieran una conexión muy íntima que las une, prácticamente de forma instantánea. Como si se tratase de una conexión invisible. Para los científicos, en un primer momento, esta idea fue tan radical que no acaba de encajarles dentro de la teoría existente en el momento y, algunas personalidades de renombre, como es el caso del mismísimo Albert Einstein, lo tacharon como un fenómeno imposible y completamente ilógico.

Explica que, sin embargo, para entender bien este concepto, primero hay que recordar en qué consiste el mundo de la mecánica cuántica. “En palabras sencillas, por cuántica nos referimos a un área de la física centrada en estudiar cómo se comportan las partículas más pequeñas del universo, desde electrones hasta fotones. Se trata de un mundo donde las reglas básicas, como las leyes del movimiento de Newton o el límite de velocidad de la luz, no se aplican siempre y, a menudo, fallan”. 

Por la importancia del tema, vamos a presentar lo que al respecto publica Wikipedia.   El entrelazamiento cuántico es una propiedad predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen, en su formulación de la llamada paradoja EPR. El término fue introducido en 1935 por Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica que se demuestra en los experimentos, cuya relevancia para la física teórica no fue bien comprendida inicialmente. 

Un conjunto de partículas entrelazadas no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino como un sistema con una función de onda única para todo el sistema. El entrelazamiento es un fenómeno cuántico, sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema, aun cuando los objetos estén separados espacialmente. Esto lleva a correlaciones entre las propiedades físicas observables. 

Por ejemplo, es posible preparar (enlazar) dos partículas en un solo estado cuántico de espín nulo, de forma que cuando se observe que una gira hacia arriba, la otra automáticamente recibirá una ‘señal’ y se mostrará como girando hacia abajo, pese a la imposibilidad de predecir, según los postulados de la mecánica clásica, qué estado cuántico se observará.

Esas fuertes correlaciones hacen que las medidas realizadas sobre un sistema parezcan estar influyendo instantáneamente en otros sistemas que están entrelazados con él, y sugieren que alguna influencia se tendría que estar propagando instantáneamente entre los sistemas, a pesar de la separación entre ellos. 

No obstante, no parece que se pueda transmitir información clásica a velocidad superior a la de la luz mediante el entrelazamiento, porque no se puede transmitir ninguna información útil a más velocidad que la de la luz. Sólo es posible la transmisión de información usando un conjunto de estados entrelazados en conjugación con un canal de información clásico, también llamado teleportación cuántica. Mas, por necesitar de ese canal clásico, la información útil no podrá superar la velocidad de la luz.

El entrelazamiento cuántico fue en un principio planteado por los referidos científicos como un argumento en contra de la mecánica cuántica, en particular con vistas a probar su incomprensión, puesto que se puede demostrar que las correlaciones predichas por la mecánica cuántica son inconsistentes con el principio del realismo local, que dice que cada partícula debe tener un estado bien definido, sin que sea necesario hacer referencia a otros sistemas distantes.

Con el tiempo se ha acabado definiendo como uno de los aspectos más peculiares de esta teoría, especialmente desde que el físico norirlandés John S. Bell dio un nuevo impulso a este campo en los años 60, gracias a un refinado análisis de las sutilezas que involucra el entrelazamiento. La propiedad matemática que subyace a la propiedad física de entrelazamiento es la llamada no separabilidad. 

Además, los sistemas físicos que sufren entrelazamiento cuántico son típicamente sistemas microscópicos (casi todos los que se conocen de hecho lo son), pues, según se entendía, esta propiedad se perdía en el ámbito macroscópico debido al fenómeno de la decoherencia cuántica. Sin embargo, más recientemente, un experimento​ ha logrado el entrelazamiento en diamantes milimétricos, llevando así este fenómeno al nivel de lo macroscópico.

El entrelazamiento es la base de tecnologías en fase de desarrollo, tales como la computación cuántica​ o la criptografía cuántica, y se ha utilizado en experimentos de teleportación cuántica. Reseña ese portal de internet que el debate sobre si el entrelazamiento es un efecto cuántico o una evidencia del determinismo de fenómenos no observables sigue en la actualidad.