Entrelazamiento cuántico para niños
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno muy especial que ocurre en el mundo de las partículas más pequeñas, como los átomos y sus partes. Fue propuesto en 1935 por científicos como Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen. Más tarde, el físico Erwin Schrödinger le dio el nombre de "entrelazamiento".
Imagina que tienes dos monedas mágicas. Si las lanzas por separado, cada una caerá en cara o cruz al azar. Pero si estas monedas estuvieran "entrelazadas", al mirar una y ver que es cara, ¡la otra automáticamente sería cruz, sin importar lo lejos que estén! En el mundo cuántico, las partículas entrelazadas no se comportan como objetos separados, sino como un solo sistema. Lo que le pasa a una, afecta instantáneamente a la otra, incluso si están muy lejos.
Este fenómeno es muy diferente a lo que vemos en nuestra vida diaria. Aunque parezca que la información viaja más rápido que la luz, en realidad no se puede usar el entrelazamiento para enviar mensajes instantáneos. Sin embargo, es la base de tecnologías muy avanzadas que se están desarrollando, como las computadoras cuánticas y la criptografía cuántica, que sirve para proteger información de forma muy segura. También se ha usado en experimentos de teleportación cuántica.
Contenido
¿Cómo se descubrió el entrelazamiento cuántico?
La idea original de Einstein y sus colegas
En 1935, Einstein, Podolsky y Rosen (EPR) pensaron en el entrelazamiento como una forma de mostrar que la mecánica cuántica (la teoría que describe el mundo de lo muy pequeño) no estaba completa. Ellos imaginaron dos partículas que se separan después de un choque. Si se mide una propiedad de una partícula, se podría saber al instante la misma propiedad de la otra, sin tocarla. Esto parecía ir en contra del principio de incertidumbre de Heisenberg, que dice que no se pueden conocer con total precisión ciertas propiedades de una partícula al mismo tiempo.
EPR pensaron que si esto era posible, significaba que las partículas ya tenían esas propiedades definidas desde el principio, y que la mecánica cuántica no las describía completamente. A esto se le llama "realismo local". Sin embargo, con el tiempo, se demostró que el entrelazamiento es una característica real y muy importante de la mecánica cuántica.
El trabajo de John Bell
En los años 60, el físico John Bell profundizó en el estudio del entrelazamiento. Él propuso unas pruebas matemáticas, conocidas como las "desigualdades de Bell", que podían verificar si las partículas realmente estaban entrelazadas o si se comportaban de una manera más "clásica" (como las cosas que vemos en nuestra vida diaria).
Los experimentos que se hicieron después, especialmente los del físico Alain Aspect, confirmaron que las partículas sí se comportan de la manera que predice la mecánica cuántica, es decir, que están entrelazadas. Esto significa que lo que le pasa a una partícula entrelazada puede afectar a la otra al instante, sin importar la distancia.
¿Cómo funciona el entrelazamiento?
Entrelazamiento con fotones
Hoy en día, los científicos suelen estudiar el entrelazamiento usando fotones (partículas de luz). Es más fácil crear y medir fotones entrelazados que otras partículas.
Imagina que tienes una fuente especial que crea dos fotones al mismo tiempo. Estos dos fotones nacen "entrelazados". Esto significa que si mides una propiedad de uno de ellos, como su "giro" (llamado espín), sabrás al instante el giro del otro fotón, incluso si están muy lejos. Es como si estuvieran conectados por un hilo invisible. Los científicos incluso han logrado entrelazar tres fotones a la vez.
¿Se puede entrelazar algo grande?
Normalmente, el entrelazamiento se observa en sistemas muy pequeños, como átomos o partículas subatómicas. Se pensaba que esta propiedad se perdía en objetos más grandes debido a un fenómeno llamado decoherencia cuántica. Sin embargo, recientemente, un experimento logró entrelazar diamantes muy pequeños, ¡llevando este fenómeno a un nivel que se acerca a lo que podemos ver!
Aplicaciones del entrelazamiento cuántico
El entrelazamiento cuántico es una propiedad clave para el desarrollo de nuevas tecnologías:
- Computación cuántica: Las computadoras cuánticas usan el entrelazamiento para realizar cálculos mucho más rápido que las computadoras actuales, resolviendo problemas que hoy son imposibles.
- Criptografía cuántica: Permite crear sistemas de comunicación extremadamente seguros, donde cualquier intento de espionaje sería detectado al instante.
- Teleportación cuántica: Aunque no es como la teleportación de la ciencia ficción (donde una persona desaparece y aparece en otro lugar), la teleportación cuántica permite transferir el estado cuántico de una partícula a otra de forma instantánea. Esto es muy útil para la computación cuántica.
Historia del descubrimiento del entrelazamiento
- Década de 1920: Werner Heisenberg propone el principio de incertidumbre de Heisenberg, que dice que no podemos conocer con total precisión ciertas propiedades de una partícula al mismo tiempo.
- Debate Einstein-Bohr: Albert Einstein creía que debía haber "variables ocultas" que explicaran el comportamiento de las partículas de forma más predecible. Niels Bohr, por otro lado, pensaba que las probabilidades eran una parte fundamental del mundo cuántico.
- 1935: Einstein, Podolsky y Rosen publican su artículo sobre la paradoja EPR, usando el entrelazamiento para cuestionar la mecánica cuántica.
- 1960s: John Bell desarrolla las "desigualdades de Bell", que permiten probar experimentalmente si el entrelazamiento es real.
- Años posteriores: Experimentos, como los de Alain Aspect, confirman la existencia del entrelazamiento, apoyando la visión de Bohr.
El entrelazamiento cuántico sigue siendo un campo de estudio muy activo y fascinante, que nos ayuda a entender mejor cómo funciona el universo a su nivel más fundamental.
Galería de imágenes
-
Un aparato que puede generar fotones entrelazados.
Véase también
En inglés: Quantum entanglement Facts for Kids
- Espín
- Mecánica cuántica
- Superposición cuántica
- Teleportación cuántica
- Principio de localidad
