¿Podrá la NASA diseñar un protocolo cuántico que asegure fuera de toda duda que una persona ha pisado Marte?

El 20 de julio de 1969, millones de personas vieron por televisión como Neil Armstrong pisó la Luna, pero el 20% de los estadounidenses aún lo dudan. Algún día veremos por televisión a un astronauta pisar el planeta Marte, ¿cuántos dudarán de la hazaña? ¿Es posible diseñar un protocolo cuántico que garantice, fuera de toda duda, que alguien ha estado en un lugar determinado? Buhrman et al. propusieron un posible protocolo en CRYPTO 2011, pero han surgido dudas en contra; algunos expertos en información cuántica van más allá y creen que se podrá demostrar que es imposible hacerlo. Nos lo cuenta el experto en cifrado cuántico Gilles Brassard, “Quantum information: The conundrum of secure positioning,” Nature 479: 307–308, 17 November 2011. El artículo técnico motivo de la polémica es Harry Buhrman et al., “Position-based quantum cryptography: impossibility and constructions,” Lecture Notes in Computer Science 6841: 429-446, 2011 [ArXiv preprint].

No existe ningún protocolo clásico capaz de resolver este problema (llamado  ”secure positioning”), como demostraron matemáticamente Chandran et al., “Position based cryptography,” LNCS 5677: 391-407, 2009. Pero se creía que se podría diseñar un protocolo cuántico capaz de resolver este problema con éxito (un sistema que fuera inviolable igual que los sistemas de cifrado (criptografía) cuánticos son inviolables). De hecho, varias patentes pretenden haber resuelto este problema. Sin embargo, estos protocolos cuánticos pueden ser violados utilizando ciertas propiedades antiintuitivas de la mecánica cuántica, como demostraron matemáticamente Chandran et al., “Position-Based Quantum Cryptography,” ArXiv, 2010. En 2011, los ya mencionados, Buhrman et al., “Position-Based Quantum Cryptography: Impossibility and Constructions,” ArXiv, 2011, han mejorado y extendido los resultados de Chandran et al., pero han encontrado un caso (loophole) en el que su teorema no es aplicable y han desarrollado un protocolo inviolable bajo la condición de que los violadores (hackers cuánticos) no puedan entrelazar nada con el sistema cuántico antes de la ejecución del protocolo. Bajo esta condición este protocolo parece absolutamente seguro, pero Brassard opina que aún no se ha encontrado la solución definitiva del problema. Habrá que esperar a que alguien logre evitar los teoremas de Chandran et al. y Buhrman et al. presentando un protocolo inviolable incluso para los hackers que tengan acceso completo al sistema seguro de posicionamiento.

Atención, rumor en Twitter: Dentro de dos días habrá un nuevo artículo de OPERA sobre los neutrinos superlumínicos

Ya os dije que OPERA ha repetido el experimento de los neutrinos superlumínicos entre el 21 de octubre y el 6 de noviembre utilizando pulsos de neutrinos muy cortos de solo unos 2 ns (nanosegundos). Un rumor en Twitter afirma que se ha confirmado que los neutrinos son superlumínicos y que el artículo aparecerá dentro de dos días. Por ahora solo es un rumor en Twitter (iniciado por Jessie Shelton y retuiteado por Lisa Randall) del que se ha hecho eco Lubos Motl, “OPERA: neutrinos FTL even at 2 ns spacing. Long pulses were not the problem: mystery continues,” The Reference Frame, 15 Nov. 2011. Obviamente, Lubos afirma que él ya lo dijo, que incluso con pulsos cortos se confirmaría el resultado de OPERA, opinión que como sabéis yo no comparto; yo esperaba que el resultado fuera refutado, aunque hay que esperar a que el rumor se confirme. Para mí es mucho más interesante que se confirme que los pulsos cortos de neutrinos también confirman que son superlumínicos, pero la verdad es que hasta que no vea el artículo final y pueda leer los detalles, no me creo todavía este rumor. Ya sabéis, las mulas somos muy testarudas.

¿Qué implica la confirmación de la superluminosidad de los neutrinos utilizando pulsos cortos? En mi opinión, si la confirmación es estadísticamente significativa, ya que con pulsos cortos se reciben muy pocos neutrinos (se pueden contar con los dedos) y la incertidumbre en el experimento será bastante grande, … Lo dicho, en mi opinión, y yo sigo en mis trece, si se cofirma el resultado, todo indicará que el error cometido en el experimento es muchísimo más sutil de lo que muchos pensábamos y el artículo de OPERA podrá ser enviado a una revista internacional para su revisión por pares con muchos puntos para ser aceptado sin problemas.

¿Cuál puede ser el error sutil en el experimento OPERA? Seguramente algo relacionado con la sincronización con los GPS y la fibra óptica utilizada (que desde OPERA tendrán que recalibrar, algo que requerirá algunos meses).

Por supuesto muchos pensarán que este rumor, de confirmarse, es una confirmación de que los neutrinos son superlumínicos y de que los detractores de la idea somos unos torpes ilusos que no confiamos en la teoría de cuerdas y en las dimensiones extra del espacio tiempo que abren caminos para que los neutrinos, a veces, sean más rápidos que los fotones. Como buena mula, yo sigo en mis trece, tiene que haber un error.

PS (17 nov. 2011): El rumor parece que se confirma y aparece como noticia en Science: Edwin Cartlidge, “ Faster-Than-Light Neutrinos: OPERA Confirms and Submits Results, But Unease Remains,” Science News, 17 November 2011. “Nuevos tests de alta precisión de la colaboración OPERA confirman que los neutrinos muónicos son superlumínicos. OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus) publicó en septiembre que los neutrinos llegaban 60 ns antes que los fotones en paquetes (pulsos) de 10500 ns. El nuevo estudio ha utilizado paquetes de 1-2 ns y ha encontrado que también llegan unos 60 ns (con una incertidumbre de 10 ns). La colaboración ha decidido enviar el artículo (con los resultados de septiembre más los nuevos) ha una revista para su publicación; de los 15 miembros de la colaboración que no firmaron el preprint en ArXiv, hay 4 que han decidido firmar el artículo que se va a enviar a una revista, pero otros 4 que sí lo firmaron se han echado atrás, así que sigue habiendo 15 disidentes entre los casi 180 miembros de la colaboración. Según Dario Autiero los disidentes creen que el protocolo experimental utilizado es “pobre” y quizás no se han tenido en cuenta todas las posibles fuentes de  error.”

PS (18 nov. 2011): Hoy viernes por la mañana me será imposible escribir sobre este asunto (hasta por la noche)… pero MiGUi ha prometido que actualizará esta entrada “OPERA repite el experimento y parece confirmar los resultados iniciales,” que acaba de publicarse, así que recomiendo consultarla para más detalles.