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7/25/2019 teletransportacion-cuantica.pdf

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LOSHABITANTESDELACIUDADDEMXICOPODRAMOSSERLOSMSFERVIENTESPARTIDARIOSDEUNALNEADEINVESTIGACINENFSICAQUESEHAESTADODESARROLLANDOENAOSRECIENTES: LA

TELETRANSPORTACINCUNTICA. CMOMEGUSTARAPODERTRASLADARMEINSTANTNEAMENTEDEUNLUGARAOTROSIMPLEMENTEOPRIMIENDOUNBOTN, SINTENERQUEPADECERELTRFICODEESTACIUDADNILAMALAEDUCACINDESUSAUTOMOVILISTAS! SERPOSIBLE?

ESTARPRXIMOELDAENQUEPODAMOSPRESCINDIRDENUESTROSVEHCULOSYTRASLADARNOSADONDESEAINSTANTNEAMENTE?

Sergio de Rgules

cuntica

Teletrans

portaci

n

Ilus

trac

iones:

Rap

iDi

ego


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cmoves?

HACEUNOSMESES los

medios de comunica-

cin anunciaron que un

equipo de la Universi-

dad Nacional Austra-

liana haba logrado

teletransportar un rayo

lser. El rayo desaparecide un lugar y en un abrir y

cerrar de ojos reapareci des-

plazado un metro.

En las pelculas de

ciencia ficcin se dice

que las personas se tele-

transportan cuando desaparecen de

un lugar y reaparecen en otro (si no des-

aparecen del lugar original entonces se du-

plican, no slo se teletransportan). Para

teletransportar a una persona primero ha-

bra que extraer toda la informacin que

contiene de qu est hecha?, en qu

posicin se encuentra cada partcula?, en

qu estado? lo cual se podra hacer con

algn tipo de medicin, digamos, por

medio de un aparato que, como un escner

digital, lea y registre toda esa informacin.

Tendras que ser muy cuidadoso porque a

la hora de teletransportar no querras que

a la estacin receptora llegue una copia

defectuosa ni incompleta del objeto

original, sobre todo si el objeto original

eres t.

Como ests hecho de electrones,protones y neutrones, y stos son iguales

en todas partes, no sera necesario enviar

a la estacin receptora las partculas ori-

ginales que te componen. Bastara con la

informacin de sus posiciones y caracte-

rsticas. Con la receta en mano, no le sera

difcil a la estacin receptora agenciarse

electrones, protones y neutrones en nme-

ros suficientes para reconstruirte en glo-

rioso tecnicolor.

El problema con la

teletransportacin es

que un principio

muy general de la

mecnica cuntica

el principio de

incertidumbre de

Heisenbergdice,en pocas palabras, que

es imposible extraer

por medi-

cin toda

la infor-

macin acerca del esta-

do y las caractersticas de un objeto. Por

lo tanto, el escnerimaginario no puede

obtener toda la informacin necesaria para

reconstruirte en la estacin receptora. Al

parecer, la mecnica cuntica prohbe la

teletransportacin. Qu fiasco!

En 1993 Charles H. Bennett y sus co-

laboradores idearon tericamente una ma-

nera de usar las mismsimas leyes

de la mecnica cuntica que

impiden extraer por medi-

cin toda la informacin

acerca de un objeto, para

extraer la informacin

que no se puede medir.

Esto lo hicieron por

medio de un efecto

cuntico llamado

efecto EPR. Con lainformacin com-

plementaria se puede

construir una rplica

del objeto original

en otro lugar.

Los cientficos

llamaron al pro-

cedimiento tele-

transportacin

cuntica.

Tenebrosaaccinadistancia

Cuando los fsicos se adentraron con la

mecnica cuntica en el mundo de los

objetos ms pequeos de la naturaleza se

llevaron muchas sorpresas. El reino de las

molculas, los tomos y las partculas

subatmicas no se comporta como el mun-

do macroscpico cotidiano de la llamada

fsica clsica(la de antes de la mecnica

cuntica). Los neutrones, partculas que

se suelen encontrar en los ncleos at-

micos, se desintegran al cabo de cierto

tiempo si no forman parte de un tomo.

Si los neutrones fueran objetos clsicos

(por ejemplo, granos de maz en un horno

de microondas), podramos, por lo menos

en principio, predecir en qu momento

preciso se desintegrar un neutrn dado

(o se convertir en palomita un grano de

maz). La mecnica cuntica ni siquieralo intenta; slo permite calcular con qu

probabilidad se desintegrar el neutrn en

cierto lapso.

Este aspecto probabi-

lstico de la mecnica

cuntica fastidiaba de

lo lindo a Albert

Einstein, uno de los

principales creado-

res de esa teora.

Einstein pensaba que

una teora que slo

daba probabilidades noera completa. Deba ser

posible construir una

teora ms profunda que

la mecnica cuntica

que s permitiera pre-

decir, por ejem-

plo, en qu

momento se

desintegra

un neutrn.

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En 1935 Einstein y los fsicos Boris

Podolsky y Nathan Rosen escribieron un

artculo con el que pretendan incitar a sus

colegas a buscar una teora ms completa

que la mecnica cuntica. Para eso idea-

ron un experimento imaginario:

Un aparato produce parejas de part-

culas con cierta propiedad que puede te-

ner slo dos valores, digamos 1 y 0 (grano

y palomita, desintegrado y sin desintegrar,

vivo y muerto). Si hiciramos medi-

ciones sobre las partculas, veramos que

una tiene el valor 1 y la otra el valor 0 de

esa propiedad. Pero si no hacemos medi-

ciones la descripcin cuntica no permite

asignarle un estado definido a cada

partcula. Ni modo, as es la mecnica

cuntica.

Si la mecnica cuntica fuera la teora

ms completa posible si lo que no dicela mecnica cuntica no existe enton-

ces antes de cualquier medicin las part-

culas estn de hecho en un extrao estado

indefinido que no es ni 1 ni 0. Muy bien,

ahora se hace la medicin en una partcu-

la y se determina que tiene el valor 0. La

otra tiene que adquirir inmediatamente el

valor 1. Por lo tanto, hacer mediciones en

una de las partculas afecta a la otra, re-

sultado bastante extrao. Pero las part-

culas podran estar alejadsimaspor

ejemplo, en lados opuestos de la galaxia.

Pues bien, dijeron Einstein, Podolsky

y Rosen, si la mecnica cuntica fuera

completa habra que

concluir sin remedio

que, de todos mo-

dos, hacer medi-

ciones sobreuna de las

partculas

afecta a la

otra, resulta-

do an ms

e x t r a o .

Einstein llamaba

con sorna a este

efecto tenebrosa ac-

cin a distancia. Hoy

se le conoce como

efecto EPR.

El experi-mento EPR

est concebi-

do como un experi-

mento pensado no hay que hacerlo,

basta pensarlo para llegar

a la conclusin de los au-

tores.

Hoy en da, cerca de

70 aos despus, los fsi-

cos estn realizando el

experimento EPR, pero

no slo para justificar

posturas filosficas, sino

para explorar y aprove-

char los extraos fenme-

nos cunticos.

Sery/onoser

El efecto EPR no es el

nico fenmeno cuntico

inslito. Un grano de

maz en el horno de

microondas puede encon-

trarse en uno de dos esta-

dos: granoopalomita.Sino es lo uno, ser lo otro

sin remedio. Los dos es-

tados posibles de este ob-

jeto clsico se excluyen

mutuamente. Pero si fue-

ra un objeto cuntico, el

grano de maz podra es-

tar tambin en una com-

binacin extraa de esos

dos estados: ni grano ni

palomita, tampoco medio grano y medio

palomita, sino ms bien grano/palomita

(con distintos grados de lo uno y lo otro).

Este fenmeno se llama superposicin de

estados coherentes y es exclusivo de la

mecnica cuntica (vase El gato de

Schrdinger, Cmo ves?,No. 8).

Me apresuro a decir que un objeto

macroscpico como un grano de maz nopuede estar en una superposicin coheren-

te. Los estados superpuestos son muy fr-

giles; a la menor interaccin con el entorno

se esfuman y dan lugar a un estado bien

definido. Un objeto hecho de muchas par-

tculas es muy difcil de aislar de su en-

torno, por lo que muy pronto se produce

lo que se conoce como decoherencia, la

destruccin de la superposicin, dejando

al objeto macroscpico en uno de los dos

estados clsicos: grano o palomita, sin

opciones.

Los objetos suficientemente pequeospueden mantenerse en una superposicin

coherente durante ms tiempo, pero slo

a condicin de no recibir ni la menor sa-

cudida del exterior. Los estados super-

1.Se producen dospartculasenredadasque se separan.Antesde interactuar con elobservador laspartculasseencuentran en un estado indefinido .

2.A lob servar una de laspartculaspara obtener su estado,la otrapart cula,por interacc in instantnea,adquiere elestado contrario.

ExperimentoEPR

EfectoEPR

Partculas

enredadas


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puestos son privilegio de los objetos

cunticos que no han interactuado con

nada, lo cual quiere decir que no los po-

demos detectar directamente, porque para

detectarlos habra que interactuar con

ellos.

Estadospromiscuos

Para la teletransportacin cuntica lo msinteresante son los estados superpuestos

de un sistema compuesto de dos o ms

partculas. Imagnate que haces el experi-

mento EPR. Para eso produces un par de

partculasp1yp

2. Cada una por su cuenta

podra estar en alguno de dos estados, 1 o

0 o en una superposicin, siempre y

cuando no hagas nada para alterarlas.

Si les haces algo, entonces una queda en

el estado 1 y la otra en el 0.

Pero la mecnica cuntica no permite

considerar a estas partculas por separa-

do. Slo puede asignarles estado a las dosjuntas. El conjunto tiene a su vez dos es-

tados, Iy II:

I: la partculap1se encuentra en el esta-

do 1 y la partculap2se encuentra en

el estado 0

II: la partculap1se encuentra en el esta-

do 0 y la partculap2se encuentra en

el estado 1

Estos estados tambin se pueden su-

perponer cunticamente.

Vayamos ms despacio porque aqu se

encuentra el argumento central de la

teletransportacin cuntica. Una sola par-

tcula con dos estados clsicos incompa-

tibles tiene la posibilidad, en mecnica

cuntica, de encontrarse en una superpo-

sicin de esos estados. Un sistema com-

puesto por dos partculas se puede

considerar como un solo obje-

to que puede encontrarse

en los estados I y II, as

como en una infinidad de

estados cunticos super-

puestos de I y II. Cuando

este sistema compuesto se

encuentra en una superpo-

sicin coherente tiene las si-

guientes caractersticas:

1. Las partculas se compor-

tan como un solo objeto.

No se puede decir que una

se encuentre en el estado

1 y la otra en el 0.

2. Si se hace una medicin

en una de las partculas

del sistema y se deter-

mina que es 1, la otra

adquiere, inevitable e

instantneamente, el va-

lor 0 (y la superposicin

coherente se destruye).

Este inslito tipo de es-

tados de dos o ms partcu-

las se conoce en ingls

como entangled states, ex-

presin que traduciremos

desvergonzadamente como

estados enredados. El enre-

damiento cuntico es un

vnculo muy extrao entre

dos partculas. Puede surgir

cuando las partculas se en-

cuentran y persiste mucho

despus, aunque estn sepa-

radas por las distancias ms

grandes.

En fsica clsica, si dos

partculas que deben tener

estados opuestos se separan

y luego se determina que una

se encuentra, por ejemplo,

en el estado 1, sabemos de

inmediato que la otra se en-

cuentra en el estado 0. Pero

tambin sabemos que la otrapartculaya se encontra-

baen ese estado antes

de que hiciramos mediciones sobre

su compaera. Medir el estado de

una no implica ninguna interaccin

con la otra.

Pero en mecnica cuntica

las partculas no se encuen-

tran en ninguno de los esta-

dos posibles antes de la

medicin. Cuando observamos una de las

partculas para obtener su estado, la part-

cula adquiere uno de los estados clsicos.

Como la otra est obligada a tener el esta-

do opuesto y antes de la medicin se

encontraba en un estado indefinido la

operacin de medicin sobre su compa-

era la afecta como si se la hubieran he-

1.A licia enreda la partcula mensaje M con su partculaintermediaria y obtiene alguno de loscuatro estadosposibles.

Teletransportacin

2.A licia,ut ilizando vasde comunicacin clsicas, le comunicaa Beto e lresultado de su operacin .

3.Con la informacin proporcionada por A licia,Beto extrae unapart cula con lasm ismaspropiedadesque M .


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cho a ella. Como dijo acerca de las part-

culas enredadas uno de los fsicos

que estudian la teletransportacin

cuntica: si le hacemos cosqui-

llas a una, se re la otra.

Teletransportacincuntica

Ya es tradicin que los per-sonajes que se usan para ilus-

trar la teletransportacin cuntica

se llamen Alice y Bob. Yo los llamar

Alicia y Beto. Alicia tiene una partcula

M(de mensaje) en un estado cuntico

cualquiera. Para teletransportarM a casa

de Beto, Alicia podra simplemente deter-

minar el estado de la partcula y comuni-

crselo a Beto por telfono, pero, como

vimos, en cuanto Alicia trata de medir el

estado deM, ste cambia y Alicia se que-

da sin la informacin que quera.

Hay otra manera de hacerlo. Segn elesquema de Bennett y sus colaboradores,

para teletransportarMlo primero que tie-

nen que hacer Alicia y Beto es producir

un par de partculas enredadasA yB,que

servirn de intermediarias. Cada quien se

lleva una partcula a su casa teniendo cui-

dado de no destruir la fragilsima cohe-

rencia (lo cual es muy difcil en la

prctica). Una vez all, Alicia toma sus

dos partculas,MyA,y las enreda cun-

ticamente. ComoAtambin est enreda-

da con B, si se hacen mediciones se

encontrar que:

MyAtienen estados contrarios y

AyBtienen estados contrarios

lo cual slo es posible siB se

encuentra en el mismo estado queM.

Hay cuatro maneras distintas de enre-

dar las partculas M y A, cada una con

25 % de probabilidad de producirse, pero

Alicia no puede controlar en cul de estos

estados quedarn sus partculas (otra ca-

racterstica de la mecnica cuntica).

Luego de la operacin, Alicia tiene que

informarle a Beto cul de los cuatro es-tados enredados posibles obtuvo, y para

eso tendr que usar algn medio de co-

municacin tradicional. La teletrans-

portacin cuntica no es instantnea

porque Alicia tiene que enviar in-

formacin clsica a Beto.

Con esta informacin,

Beto aplica a su partcula

B el tratamiento ade-

cuado para que adquie-

Serg io de Rgulesesf sico,autor de innumerab les

art culosde divulgacin y de loslibrosElSolmuerto de

risa (Pangea)y Cuentoscunticos(ADN editores),y

coautor de Elpiropo matemtico(Ed.Lectorum).

Trabaja en elM useo de lasC ienciasUniversum.

ra el mismo estado que

M. La partcula que

otrora fueB

se ha con-

vertido en

una rpli-

ca exacta

de M. La

partcula

que otrora fueM pierde su estado original

al enredarse conA, de modo que el proce-

so equivale a una teletransportacin y no

a una duplicacin.

Esta manera de transmitir informacin

tiene caractersticas bastante inslitas.

Para empezar, ni Beto ni Alicia tienen que

saber en qu estado se encontrabaM. La

distancia que media entre Alicia y Beto

no importa (se ha probado experimental-

mente que los estados enre-

dados se conservan por lo

menos hasta distancias de

10 kilmetros, pero teri-camente se conservan

aunque la distancia fue-

ra de miles de millo-

nes de aos luz). Es

ms, Alicia ni si-

quiera tiene que

saber dnde se

encuentra Beto.

El efecto

EPR se en-

carga de llevar la informacin a su des-

tino.

Elfallodeljurado

S, muy bien, me dirn, pero funciona?

Las revistas especializadas ya estn pla-

gadas de informes de experimentos de

teletransportacin. La primera realizacin

experimental de proceso ideado porBennett y sus colaboradores la llev a cabo

un equipo inter-

nacional

de fsicos

en la Uni-

versidad

de Inns-

bruck, Aus-

tria, quienes

consiguieron

imprimirle el

estado de pola-

rizacin de un fo-tn (partcula de

luz) a otro. Luego, en

mayo de este ao, el

equipo de la Universidad

Nacional Australiana teletransport el

rayo lser. En otro frente los fsicos estn

tratando de enredar cunticamente siste-

mas de partculas cada vez ms numero-

sos y hacer durar la delicada coherencia

lo ms posible (el rcord son unos cuan-

tos microsegundos).

En resumen, al parecer la teletrans-

portacin s funciona, pero, ay de m!, no

est cercano el da en que podamos librar-

nos del coche, el metro y la combi.

Teletransportar personas no est prohibi-

do por la mecnica cuntica, pero sera

tan difcil que nadie est pensando seria-

mente en ponerlo en prctica, segn dice

Ping Koy Lam, director del proyecto aus-

traliano. Con todo, la teletransportacin

cuntica tendr aplicaciones interesantes,

por ejemplo, en computacin cuntica,

disciplina nueva que busca usar las extra-

as propiedades de los sistemas cunticospara construir computadoras inima-

ginablemente rpidas y potentes. Cmo

me gustara tener una computadora

cuntica y no el vejestorio con el que es-

crib este artculo!

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