Consiguen entrelazar fotones que no coexistieron en el tiempo

Los físicos saben desde hace tiempo que, en mecánica cuántica – mecánica que se desarrolla a escala de las partículas subatómicas – es posible que se produzca un tipo de conexiones entre partículas conocido como entrelazamiento cuántico.

Cuando esto sucede, se dice que los estados de las partículas están entrelazados, lo que provoca que la medición sobre una de ellas determine inmediatamente el estado de la otra, sin importar la distancia que separe a ambas (pueden ser incluso años luz). Por esta razón, las partículas entrelazadas (en inglés: entangled) no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino más bien como un sistema.

Se sabía que las partículas cuánticas pueden adquirir estados fuertemente correlacionados entre ellas debido a que se generaron al mismo tiempo o a que interactuaron, por ejemplo, durante un choque. Sin embargo, según un estudio realizado en Israel parece ser que los fotones (las partículas elementales de la luz) pueden entrelazarse aunque ni siquiera hayan coexistido en el tiempo.

Una acción fantasmal

En la revista Science Now se explica al respecto: Si tenemos una partícula de luz o fotón, ésta puede ser polarizada vertical u horizontalmente (la polarización de un fotón es la dirección de oscilación de su campo eléctrico).

Pero el mundo cuántico es el reino de la incertidumbre, por lo que, en él, un fotón puede ser polarizado al mismo tiempo horizontal y verticalmente. La cosa cambia cuando el fotón es observado: si se mide, éste se polariza en un estado concreto, es decir “colapsa” en una de estas dos posibilidades.

Si tenemos dos fotones, cada uno polarizado en un estado horizontal o vertical, y entre ellos se produce un entrelazamiento cuántico, ocurriría lo siguiente: si midiésemos, por ejemplo, el primer fotón constatando que éste está polarizado horizontalmente, sabríamos que el estado de su pareja ha colapsado en el estado contrario –vertical-, y viceversa. No importa a qué distancia se encuentren los fotones el uno del otro, esto siempre es así.

Este misterioso comportamiento de correspondencia se da de manera instantánea, y fue denominado por Albert Einstein como “acción fantasmal a distancia”. Sin embargo, no viola la ley de la relatividad porque, dado que es imposible controlar el resultado de la medición del primer fotón, la conexión cuántica entre fotones no puede usarse para enviar un mensaje al otro fotón, a una velocidad superior a la de la luz.

Fotones como eslabones de una cadena

Ahora, lo que han logrado los investigadores Eli Megidish, Hagai Eisenberg y sus colaboradores de la Universidad Hebrea de Jerusalén fue entrelazar dos fotones que no habían existido al mismo tiempo. Para lograrlo, aplicaron un intercambio de entrelazamiento, un sistema que hace posible entrelazar dos partículas sin que estas hayan interactuado previamente.

Para empezar, los científicos irradiaron luz láser sobre un cristal especial dos veces, para generar dos parejas distintas de fotones entrelazados: el par 1 y 2; y el par 3 y 4. En un principio, por tanto, los fotones 1 y 4 no estaban entrelazados entre sí.

Los científicos realizaron a continuación una medición del fotón 1, por la cual éste fue absorbido y destruido, y que permitió establecer el estado del fotón 2. A continuación, se enlazó el fotón 2 con el 3, de la segunda pareja de fotones. De esta manera, el fotón 1 pasó a estar también enlazado con el 4, del mismo modo que si uniéramos dos pares de eslabones para formar una cadena de cuatro eslabones: vinculando dos de éstos se establecería un vínculo entre los dos eslabones exteriores.

Según Eisenberg: «No hubo ningún momento en el tiempo en el que ambos fotones coexistieran. Por tanto, no se puede decir que el sistema haya estado entrelazado en algún momento”. Sin embargo, el fenómeno, detallado en la revista Physical Review Letters, sin duda existe. Los físicos esperan que este avance pueda aplicarse a computación o criptografía cuánticas.

Referencia bibliográfica:

E. Megidish, A. Halevy, T. Shacham, T. Dvir, L. Dovrat, H. S. Eisenberg. Entanglement Between Photons that have Never Coexisted. Physical Review Letters (2012).