Adán Cabello discute en Nature el último artículo de Anton Zeilenger en Nature

En este blog le tengo cierto cariño a Adán Cabello (Universidad de Sevilla), uno de los grandes físicos cuánticos españoles, y me alegra mucho verle escribir un News & Views en Nature sobre el último artículo de su amigo Anton Zeilenger, permanente candidato al Premio Nobel. Para los que tengan acceso a Nature, el artículo es Adán Cabello, «Quantum physics: Correlations without parts,» News & Views, Nature 474: 456–458, 23 June 2011, que se hace eco del artículo Radek Lapkiewicz et al., «Experimental non-classicality of an indivisible quantum system,» Nature 474: 490–493, 23 June 2011. Permitidme una breve traducción/resumen para los que no tengan acceso.

«La mecánica cuántica es, sin duda, la teoría más precisa y exitosa en la historia de la ciencia. Pero a diferencia de la relatividad especial, en la que dos principios físicos son suficientes para obtener toda la teoría, los físicos todavía están buscando el conjunto de principios básicos de la mecánica cuántica. Hoy en día, se pretende entender una de las predicciones más enigmáticas de la mecánica cuántica: el por qué las correlaciones cuánticas que violan las desigualdades de Bell, unas relaciones matemáticas muy conocidas que son válidas para cualquier teoría (clásica) local y realista, lo hacen sólo hasta un cierto valor, mientras que otras teorías más generales permiten violaciones hasta valores más grandes. Lapkiewicz et al. describen un experimento que sugiere que es necesaria una perspectiva más allá de las desigualdades de Bell para entender por qué las correlaciones cuánticas pueden alcanzar sólo ciertos valores.

Esta figura ilustra un experimento para estudiar la desigualdad de Bell. Una fuente emite un par de partículas (a y b) dirigidas a dos observados separados por un gran distancia. Un observador (Alice) elige entre dos medidas posibles (1 o 2) de propiedades de la partícula a. Cada medida tiene dos posibles resultados (ya sea un destello de la luz roja o uno de la luz azul). Un segundo observador (Bob) realiza el mismo procedimiento con la partícula b. Aunque la elección es independiente, los resultados de las medidas obtenidas están correlacionados. Si la correlación estuviera preestablecida (por una teoría de variables ocultas) antes de la emisión del par de partículas, la teoría predice un límite máximo para la suma de estas correlaciones; los experimentos físico y la teoría cuántica conducen a valores mayores que este límite máximo. Si la distancia entre Alice y Bob es muy grande, es imposible que las correlaciones observadas sean provocadas por una señal que se transmite entre ambos observadores (a una velocidad igual o menor que la velocidad de la luz en el vacío). Los experimentos indican que esta señal debería transmitirse a una velocidad superlumínica muy alta, casi de forma instantánea. Además, los experimentos tipo desigualdad de Bell se han verificado en muchas ocasiones para diferentes distancias (desde micrómetros a cientos de kilómetros). Los resultados indican siempre que las correlaciones cuánticas observadas tienen un valor independiente de la distancia, lo que sugiera que la influencia «cuántica» entre las medidas se propaga de forma instantánea.

Los experimentos que verifican las  violación de las desigualdades de Bell utilizan sistemas cuyos estados están entrelazados y no pueden ser separados (como ocurriría con un sistema clásico). Kochen y Specker introdujeron una generalización de estas desigualdades para las correlaciones cuánticas entre sistemas cuánticos generales, incluso si sus estados no están entrelazados. Además, las desigualdades de Kochen y Specker son válidas para sistemas simples que no se pueden separar en partes. Estos autores analizaron un sistema simple con tres estados que se comporta como un «cutrit» cuya medida viola sus desigualdades en el caso cuántico, pero no en caso de que haya variables ocultas clásicas correlacionadas a priori. El nuevo artículo de Lapkiewicz et al. presenta por primera vez una demostración experimental de las violación de las desigualdades de Kochen y Specker para un único sistema cuántico, un fotón que puede viajar a lo largo de tres caminos posibles donde se realizan diferentes medidas cuyos resultados deben ser compatibles entre sí. En la figura de arriba se ilustra el experimento pero en un caso más simple, con solo dos medidas compatibles. Hay que recordar que varias medidas son compatibles entre sí cuando una vez realizada la primera medida los resultados de las siguientes medidas están perfectamente definidos sin importar el número de veces ni el orden de dichas medidas posteriores, como muestra la figura de abajo.

Sin entrar en detalles técnicos, Lapkiewicz et al. han demostrado que las correlaciones cuánticas pueden existir en un sistema en ausencia de entrelazamiento cuántico y sin que esté compuesto de subsistemas más elementales. Los principios de la mecánica cuántica que expliquen las correlaciones cuánticas no necesitarán tener en cuenta si los estados están entrelazados o no lo están y si el sistema es elemental o compuesto de partes. Un retrueque conceptual importante para todos los que buscan entender los principios fundacionales de la mecánica cuántica.

Publicado en Nature: Las palomas no ahorran energía cuando vuelan en bandadas, sino que la derrochan

Palomas mensajeras con GPS incorporado volando en bandada.

Piensa en una bandada de pájaros, te los imaginas volando en formación en V para ahorrar energía. Piensa en una bandada de palomas, las recordarás erráticas, casi caóticas. Quizás ya lo sepas, pero resulta que consumen más energía volando en bandada que al volar en solitario, como han demostrado investigadores de la Universidad de Londres que han colocado un GPS y un acelerómetro en una serie de palomas mensajeras con objeto de seguirlas en vuelo en tiempo real. Algunas palomas en las bandadas tienen que acelerar hasta 2 g, duplicando su peso corporal y cuadriplicando su consumo energético. Además, muchas tienen que incrementar su frecuencia de aleteo al volar cerca de las otras lo que dificulta su aerodinámica e incrementa la energía que necesitan para volar. Si supone un gasto energético grande, ¿por qué vuelan las palomas en bandadas? Los autores del estudio ofrecen datos pero sin respuesta. Varias hipótesis se han sugerido, como que volar en bandadas incrementa la coherencia social en el grupo, o como que puede ser una arma para luchar contra los depredadores. O incluso que lo hacen para «competir» entre ellas (poner a prueba y ejercitar su locomoción y sus técnicas de control del vuelo). Nadie sabe la respuesta correcta, pero lo que está claro es que volar en grupo supone un gasto energético adicional que debe tener alguna compensación adaptativa o evolutiva. Futuros estudios tratarán de encontrar la respuesta. Nos lo ha contado Geoffrey Spedding, «Aerodynamics: The cost of flight in flocks,» Nature 474: 458–459, 23 June 2011, haciéndose eco del artículo técnico de James R. Usherwood et al., «Flying in a flock comes at a cost in pigeons,» Nature 474: 494–497, 23 June 2011. Por cierto, ya hablamos de palomas y mochilas, muchos recordaréis mi entrada «Publicado en Nature: Un GPS en la minimochila de cada paloma permite estudiar la dinámica jerárquica de la toma de decisiones en vuelo,» 8 abril 2010.

La fábrica china de doctores

En China se han defendido más de 117.000 tesis doctorales en el año 2010. Ningún otro país del mundo ha podido producir tantos doctores en un año. Diez veces más que los que produjo hace 10 años. El gobierno chino quería que su país fuera líder en educación superior en el mundo y su esfuerzo ha convertido a China en una fábrica de doctores. ¿Algún problema? Zhu Liu y Yong Geng ven dos problemas que nos cuentan en Nature. El primero es que la cantidad está reñida con la calidad. En su opinión la calidad promedio de las tesis doctorales defendidas por chinos en 2010 es muy inferior a la calidad de las defendidas en el año 2000. Y el segundo es que el número de puestos de trabajo para doctores en la academia y en la industria chinas están descendiendo. Igual que en el resto del mundo, muchas universidades chinas prefieren contratar a profesores e investigadores que han obtenido el doctorado en el extranjero. Igual que en el resto del mundo, muchas empresas prefieren contratar a graduados (licenciados e ingenieros) con un máster (profesional) en lugar de a doctores, pues les tienen que pagar un menor sueldo. ¿Tiene que cambiar china su política educativa respecto a la formación de tercer ciclo (doctoral)? Esa es la opinión de Zhu Liu y Yong Geng, «Is China producing too many PhDs?,» Nature 474: 450, 23 June 2011. ¿Cuál es tu opinión al respecto de la fábrica española de doctores?