Un experimento cuántico confirma algo asombroso sobre la energía: no necesita viajar para influir en otro lugar del universo

El universo cuántico tiene fama de desafiar nuestra intuición. A veces parece que las partículas se comunican en secreto, sin importar la distancia. En la universidad, un profesor de física solía bromear: “En mecánica cuántica, si algo te parece razonable, probablemente lo estás entendiendo mal”. Y tenía razón. Un nuevo experimento acaba de demostrar que la energía de una partícula puede alterarse en otro punto del espacio, sin haber viajado hasta allí.

Esto no significa que la energía se teletransporte como en una película de ciencia ficción, pero sí que puede cambiar en un lugar debido a una correlación invisible con otra partícula lejana. El estudio, publicado en Physical Review Letters por investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghái y el Laboratorio Nacional de Hefei, utiliza tecnologías clave de la computación cuántica, como las memorias cuánticas, para explorar un fenómeno que nunca se había observado experimentalmente.

Entrelazamiento y algo más

Uno de los pilares de la mecánica cuántica es el entrelazamiento: un fenómeno en el que dos partículas quedan unidas de tal forma que el estado de una depende del estado de la otra, aunque estén separadas por kilómetros. Es como si compartieran información de forma instantánea, aunque sin violar la velocidad de la luz.

Pero este experimento fue un paso más allá. Los investigadores no se centraron en el típico entrelazamiento de espín o polarización. Lo que querían saber era si esa relación podía afectar también a la energía. Como explican los autores, “cuando dos partículas están entrelazadas, medir una puede influir en la energía de la otra, sin ningún intercambio físico de energía”​.

Esta hipótesis no es completamente nueva. Se menciona en la interpretación de de Broglie-Bohm, una visión alternativa de la mecánica cuántica que propone trayectorias reales para las partículas guiadas por una “onda piloto”. Pero nunca se había puesto a prueba de forma experimental, hasta ahora.

Memorias cuánticas como campo de pruebas

Para comprobar esta predicción, el equipo utilizó dos memorias cuánticas, dispositivos fundamentales en computación cuántica que permiten generar, almacenar y manipular estados cuánticos. En concreto, crearon un sistema en el que se generaban dos tipos de partículas: un fotón (llamado Stokes S1) y una excitación atómica, ambos producidos al mismo tiempo por un proceso conocido como dispersión Raman espontánea.

La elección no fue casual. Al surgir del mismo evento, estas dos partículas estaban naturalmente correlacionadas. Según los investigadores, “estas dos partículas poseen la correlación cuántica requerida para este estudio”​.

Mediante un interferómetro de Mach-Zehnder, un dispositivo óptico que permite observar interferencias cuánticas, separaron y recombinaron las trayectorias de las partículas para analizar su comportamiento. Así, pudieron estudiar si la energía de una de las memorias se alteraba cuando se realizaba una medición sobre la otra.

Mediciones fuertes, mediciones débiles

El experimento combinó dos tipos de observaciones. Por un lado, realizaron mediciones fuertes, que implican leer completamente el estado de la memoria cuántica. Por otro lado, emplearon mediciones débiles, una técnica menos invasiva que proporciona solo información parcial del sistema.

Este segundo enfoque es especialmente interesante. Según explican los autores, “el proceso de sonda débil puede describirse como un observador con visión obstruida que intenta localizar la excitación atómica”​. Cada observación aporta datos vagos, pero combinados con otras mediciones permiten reconstruir el patrón general.

Gracias a esta estrategia, los investigadores recolectaron datos suficientes para predecir la distribución de trayectorias de Bohm y la posición de la excitación atómica, lo cual les permitió verificar si existía una alteración energética no local.

Alteración no es lo mismo que transferencia

Uno de los aspectos más importantes del experimento es la distinción entre alteración y transferencia. A diferencia de un flujo de energía convencional, como el que ocurre al conectar una bombilla, en este caso no hay un intercambio directo entre las memorias cuánticas. En cambio, lo que se detecta es una modificación del estado energético inducida por la correlación cuántica entre las partículas.

Tal como afirman en el paper: “Este proceso no implica una transmisión de energía más rápida que la luz, sino una modificación no local inducida por las correlaciones cuánticas”​. En otras palabras, la energía no se mueve, pero cambia su valor como si lo hiciera.

Este matiz es crucial. No se trata de una violación de las leyes de la física, sino de una consecuencia extraña y legítima del formalismo cuántico. Lo fascinante es que esto no se había observado de forma directa hasta ahora.

Lo que dice la teoría y lo que muestra el experimento

La base teórica del experimento proviene de la interpretación de de Broglie-Bohm, que sostiene que las partículas tienen trayectorias definidas, pero guiadas por una onda invisible que contiene información no local. Según esta visión, las acciones en un punto pueden tener efectos en otro, sin que haya una señal que viaje entre ellos.

Al analizar sus resultados, los autores afirman: “Nuestros resultados experimentales son consistentes con las predicciones de la teoría no local”​. Esto implica que, al menos en este contexto, la interpretación de de Broglie-Bohm describe adecuadamente lo que ocurre en el sistema físico.

Por otra parte, la metodología utilizada puede abrir nuevas vías para explorar otros fenómenos cuánticos difíciles de observar, como el experimento de elección retardada, la hipótesis de la onda vacía, o incluso la relación entre la mecánica cuántica y la relatividad.

Un nuevo camino

Este experimento no cierra ningún debate, pero abre una puerta a nuevas investigaciones. Como admiten los propios autores, no están descartando las interpretaciones tradicionales de la física cuántica, sino ampliando el abanico de herramientas experimentales.

“Por ahora, no rechazamos la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, aunque apoyamos la teoría de Bohm”​, escriben. Esa postura abierta invita a más estudios, más pruebas, más diálogo. Y eso, en ciencia, siempre es una buena noticia.

En definitiva, este trabajo demuestra que aún hay mucho por descubrir en el mundo cuántico. Y todo lo que aprendamos sobre correlaciones no locales podría influir en el diseño de futuros sistemas de computación cuántica, redes cuánticas y protocolos de comunicación ultraseguros.

Cortesía de Muy Interesante

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