XL Carnaval Física: Físicos chinos miden la velocidad de la “fantasmagórica acción a distancia”

Dibujo20130307 The speed of spooky action at different beta and theta

La medida “casi simultánea” del estado de dos partículas entrelazadas entre sí que han sido separadas una distancia muy grande permite poner un límite inferior a la “velocidad” de la “fantasmagórica acción a distancia” que tanto detestaba Einstein (y que está demostrada fuera de toda duda). En 2008 ya se publicó en Nature que la “velocidad” es mayor de 10000 veces la velocidad de la luz. Físicos chinos han repetido la medida de esta “velocidad” mediante un procedimiento alternativo, a priori, más fiable y han obtenido el mismo límite inferior, la “acción” a distancia ocurre a una “velocidad” superior a 10000 veces la velocidad de la luz. Aunque desde el punto de vista técnico el diseño del experimento es muy interesante, la interpretación de los resultados está sujeta a “hipótesis no explícitas” (o loopholes) que conllevan una fuerte dosis de “opinión” pues en mecánica cuántica no se puede medir la “velocidad” de la “acción a distancia,” pues no existe tal “acción a distancia” (las correlaciones espaciotemporales son sólo eso, correlaciones, por lo que no son “dinámicas” y por tanto no corresponden a una “acción”). Sólo se puede medir la “velocidad” de la “acción a distancia” asumiendo la hipótesis de que existe un modelo clásico (tipo variables ocultas o similar) subyacente a la mecánica cuántica; obviamente, no hay ninguna evidencia experimental que apoye la existencia de dicho modelo, luego medir la “velocidad” de algo que es “instantáneo” por definición no tiene sentido. Más información divulgativa en KFC, “Chinese Physicists Measure Speed of “Spooky Action At a Distance”,” The Physics arXiv Blog, Mar 7, 2013. El artículo técnico es Juan Yin et al., “Bounding the speed of `spooky action at a distance’,” arXiv:1303.0614, 04 Mar 2013, quienes han implementado el experimento propuesto por Ph. H. Eberhard, “A realistic model for Quantum Theory with a locality property,” pp. 169-215 in “Quantum theory and pictures of reality,” edited by W. Schommers, Springer, New York, 1989. La versión del experimento publicada en 2008 se publicó en D. Salart et al., “Testing spooky action at a distance,” Nature 454: 861-864, 14 Aug 2008 [arXiv:0808.3316].

Dibujo20130307 Diagram of experimental setup for testing the speed of spooky action

El experimento propuesto por Eberhard consiste en la medida continua de la desigualdad de Bell durante 12 horas en la dirección este-oeste sobre cierta distancia (la orientación debe ser este-oeste para minimizar el efecto de la rotación de la Tierra). Salart et al. publicaron en 2008 la realización de este experimento, pero hay un “loophole” (un contraargumento) que afirma que su experimento no garantiza una implementación fiable de la propuesta de Eberhard. Juan et al. afirman en su artículo que dicho “loophole” no se aplica a su implementación (lo que no quita que pueda haber otros que yo no soy capaz de ver, como no vi en 2008 el de Salart et al.). En el nuevo experimento Charlie (recuadro “b”) genera un par de fotones entrelazados en polarización (estado singlete) y envía cada uno a Alice y Bob, que están separados por 15,3 km en la dirección este-oeste. Alice utiliza un telescopio refractor de 400 mm de diámetro (recuadro “c”) y Bob un telescopio refractor de 127 mm de diámetro (recuadro “d”). Ambos telescopios tienen sendos analizadores de la polarización de los fotones (la caja naranja en el diagrama) que son idénticos para todos los propósitos (recuadros “c” y “d”). El procedimiento de medida de Bell de la polarización se repitió de forma continua durante 12 horas. Mediante un sistema de sincronización basado en GPS y un reloj de precisión para garantizar errores menores de 1 ns (nanosegundo), el instante se estampó en todas las medidas de Bell realizadas.

Dibujo20130307 Space-time diagrams of the speed measurment experiment

Como muestra este diagrama de espaciotiempo, el par de fotones entrelazados de Charlie recorre en 25,6 μs (8 km) la distancia que les separa de Alice y Bob; el experimento ha sido ajustado para que el momento de llegada sea “simultáneo” (el error estimado por los autores es menor de 0,35 ns, es decir, un error de 105 mm en una distancia de 8 km). Uno de los fotones es medido un poquito antes que el otro utilizando un generador de números aleatorios (la línea verde “D” que une el punto “b” con el punto “B”). La mecánica cuántica predice entonces que el resultado de la medida del otro fotón está completamente determinado por la medida del primero; si dicha “información” es transmitida por una “acción a distancia” a cierta “velocidad” se puede estimar dicha velocidad. A la velocidad de la luz, en 0,35 ns sólo se puede recorrer 6,84 millonésimas partes de la distancia de 15,35 km que separa a Alice y Bob. Teniendo en cuenta la velocidad de la Tierra (v/c de alrededor de 0,001) se obtiene que la “velocidad” de la “acción a distancia” es superior a unas 10000 veces la velocidad de la luz.

Coda final. Esta entrada participa en la XL Edición del Carnaval de la Física, organizado por el blog Cuantos y Cuerdas. Si te apetece contribuir, tienes hasta el 25 de marzo para contribuir.

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16 pensamientos en “XL Carnaval Física: Físicos chinos miden la velocidad de la “fantasmagórica acción a distancia”

  1. Bueno, el experimento sirve para descartar que efectivamente no haya un modelo clásico subyacente, ni variables ocultas.

  2. Puede que todavía no entendamos el concepto de información?. según entiendo es la información la que no puede viajar mas rápido que c y por consiguiente la velocidad de la luz. y el diablillo de maxwell nos dice que la información se puede transformar en energía. existirá un ente (o escalar) no local que no distingue las distancias y no requiere energía para poder complementar una medida entre dos objetos entrelazados al instante?
    Es como si la información que conllevan se encontrara a un nivel más fundamental y no distingue distancias, por lo que son un mismo objeto único “desdoblado”. ó realmente no llevan información alguna y es el propio espacio tiempo el que permite que estén en dos lugares a la vez.

    • Esta apreciación tuya es muy acertada, en realidad en física cuántica no es posible hacer mediciones exactas, por este motivo, les dio que la velocidad es 10000 mil veces mas que la luz, porque esa es la predicción inexacta de la medición real, la ciencia de hoy aun no esta preparada para comprender le mundo cuantico como realmente es, todos los conceptos cuanticos nos indican que el universo cuantico esta en un Estado Escalar A-Temporal, es decir, que el mundo cuantico no presenta procesos en función del tiempo, ahora esto no quiere decir que el tiempo como dimensión no existe en el mundo cuantico, sino que quiere decir que el valor del tiempo en el mundo cuantico cuando no lo estas midiendo es 0.

    • Dr. Floyd, imposible no hay nada (sólo existen las evidencias experimentales a favor o en contra). Según la mecánica cuántica no existe límite superior; de hecho, en la mecánica cuántica no tiene sentido la pregunta sobre la “velocidad” de la “acción a distancia.”

  3. Si podemos realizar cambios de estado rápidamente en el elemento A del par entrelazado, y si también podemos detectar a la misma velocidad dichos cambios en el elemento B de la pareja, entonces, ¿qué es exactamente lo que nos impide mandar información codificada desde el lugar donde se encuentra A, al lugar donde se encuentre B?. Y si nada lo impide, ¿Porqué no podemos mandar información a mayor velocidad que la de la luz?

    • Gregorio, todos los protocolos de comunicación cuántica requieren el envío de información clásica, este último limitado siempre por la velocidad de la luz. Este hecho es un teorema (que asume que la mecánica cuántica es válida).

    • “Si podemos realizar cambios de estado rápidamente en el elemento A del par entrelazado…”
      Es que no puedes realizar cambios a tu antojo. Por eso no puedes enviar informacion de esa forma. Si en A obtienes un resultado puedes saber el resultado en B, pero no puedes elegir lo que sale en A para forzar B. Salvando las distancias es como si envias un zapato a Murcia y otro a la Coruña. Si en Murcia ven que es el izquierdo deduciran que en el otro sitio es el derecho, pero los zapatos se enviaron por correo, no es comunicacion instantanea.

      • El ejemplo de los zapatos que oportunamente presenta Fer137 es el que primero salta a la mente cuando se considera el experimento del entrelazamiento, en efecto. Pero si el entrelazamiento se redujera a eso los físicos no le estarían dando tantas vueltas al asunto para tratar de conciliarlo con los postulados de la mecánica cuántica. En tal caso tendría todo su peso la consideración de la paradoja EPR. Si de dos observables incompatibles mido uno en A con una cierta precisión (pongamos su cantidad de movimiento), resulta que por el entrelazamiento A-B conozco el valor de ese observable en B sin haber sometido a B a una medida. A continuación puedo medir en B el otro observable del par incompatible (la posición, por ejemplo, dado que los operadores posición y cantidad de movimiento no conmutan). En ambos casos puedo medir con precisiones cuyo producto no está limitado por el principio de incertidumbre, y se sigue de aquí que se viola la cota inferior del producto de precisiones (desviaciones tipo para ser exactos) de las medidas, lo que contradice uno de los dogmas de la mecánica cuántica (de hecho es un teorema que se deduce de los postulados, aunque por razones históricas se le siga llamando principio).

        Por las medidas de velocidad (o supuesta velocidad) que refiere Francis, todo parece indicar que no se trata de un problema de transmisión de causa-efecto, es decir que no subyace ninguna acción a distancia. Todo indica que, una vez formado, el entrelazamiento persiste mientras no intervengan factores externos al sistema que provoquen decoherencia. Ahora bien, por qué esto no satisface a los físicos (o de otro modo no existiría tanta literatura en torno al asunto) supongo que tiene que ver con las afirmaciones que se deducen del teorema de Bell en relación con la paradoja EPR, y por descontado con el resultado de las experiencias relacionadas.

      • Entonces, ¿Porqué tanto alboroto por el entrelazamiento?. Si, prácticamente, lo que se ha “descubierto”, es que el zapato izquierdo es distinto, o simplemente distinguible, del zapato derecho… Habría que evitar el sensacionalismo. Me da un poco la impresión, en física de partículas, que ocurre algo parecido a lo del mundo de la Astronáutica: para justificar ante el “gran público” grandes inversiones les hacemos creer que en cualquier momento descubriremos o contactaremos con vida extraterrestre. Creo que la física fundamental su puede hacer valorar fácilmente sin tanto aspaviento, que puede resultar contraproducente a mayor plazo.

  4. Se equivocó Einstein al definir el entrelazamiento como “acción a distancia”, pues las leyes cuánticas no implican tiempo ni espacio. La acción es proceso de tiempo y la distancia es medición de lugar. Entrelazado está referido al efecto, no a la causa. La causa está implicada, plegada. El efecto es el propio experimento o generación de la información que se pretende medir en velocidad de trasmisión. El punto de llegada es previo al punto de salida. Al coincidir el futuro con el pasado, desaparece la dimensión temporal. Eso refiere a la concepción intuitiva de encontrar causalidad en el futuro respecto al presente, la cualidad de la onda que viaja hacia atrás en el tiempo por los márgenes de incertidumbre. Aharonov y Bohm hace mucho lo comentaron. Saludos a todos desde Punta del Este, Uruguay, Sudamérica. Oscar

  5. A ver si he entendido bien; lo que nos parece decir el experimento es que dado un par de fotones entrelazados si detectamos una medida en el foton 1 tendremos que esperar un breve espacio de tiempo (según sea la separación entre foton 1 y 2) para detectar la medida complementara del foton 2. ¿es así?

  6. Entonces, ¿Porqué tanto alboroto por el entrelazamiento?. Si, prácticamente, lo que se ha “descubierto”, es que el zapato izquierdo es distinto, o simplemente distinguible, del zapato derecho… Habría que evitar el sensacionalismo. Me da un poco la impresión, en física de partículas, que ocurre algo parecido a lo del mundo de la Astronáutica: para justificar ante el “gran público” grandes inversiones les hacemos creer que en cualquier momento descubriremos o contactaremos con vida extraterrestre. Creo que la física fundamental su puede hacer valorar fácilmente sin tanto aspaviento, que puede resultar contraproducente a mayor plazo.

    • Gregorio, el entrelazamiento tiene aplicaciones prácticas potenciales (computación cuántica, fases cuánticas, etc.) y además un “fallo” en el entrelazamiento será el punto de partida para el futuro de la física más allá de la física cuántica.

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