Un enredo que desaparece… pero sigue ahí. La realidad cuántica ha perdido por completo la cabeza

Físicos de la Universidad Leibniz de Hannover han realizado un descubrimiento inesperado en el campo de la teoría cuántica que podría cambiar la manera en que la ciencia entiende la naturaleza del entrelazamiento de partículas. Se trata de un fenómeno conocido como cuántico embezzlement —un proceso misterioso que hasta hace poco se consideraba puramente hipotético.

El clásico entrelazamiento cuántico hace tiempo que se convirtió en símbolo de las rarezas del micromundo. Permite que dos partículas permanezcan conectadas, sin importar la distancia entre ellas: si una cambia, la otra reacciona instantáneamente. Pero el embezzlement va aún más lejos: en este proceso, una parte de un sistema cuántico "comparte" sutilmente su entrelazamiento con otra parte, ayudándola a modificar su estado. Al mismo tiempo, el "donante" no pierde sus propias propiedades y permanece inalterado.

Los científicos explican el fenómeno con una analogía sencilla. Imagina una playa enorme y un castillo de arena. Para construirlo, tomas algunos granos de arena, pero el aspecto general de la costa no cambia en absoluto, como si nadie hubiera tocado la arena.

Hasta hace poco, se creía que para lograr tal "efecto mágico" se requería un grado de entrelazamiento tan perfecto que su existencia en el mundo real parecía poco probable. Todo se consideraba un elegante recurso teórico sin relación con la física observable.

Ahora, tras el experimento de Hannover, ha quedado claro que el quantum embezzlement no solo es posible en modelos abstractos. Los científicos han demostrado que este efecto puede manifestarse en sistemas físicos reales. Como objeto de estudio eligieron las llamadas cadenas críticas de fermiones, estructuras unidimensionales formadas por fermiones, como los electrones.

Estas estructuras representan un estado de la materia extremadamente inestable que se forma en la frontera entre dos fases. Precisamente en esos momentos, el material se vuelve especialmente sensible a las influencias externas y muestra correlaciones cuánticas de largo alcance.

Gracias a esta característica, las cadenas de fermiones demuestran un entrelazamiento que se extiende a distancias mucho mayores que las normalmente observadas en condiciones similares. Este comportamiento las convierte en una plataforma ideal para probar la hipótesis del embezzlement.

En lugar de limitarse a sistemas compactos y relativamente simples, los investigadores se dirigieron de inmediato a estructuras cercanas al infinito en número de partículas. Este enfoque, conocido como límite termodinámico, permite identificar patrones fundamentales que no dependen de las dimensiones concretas del objeto.

Los científicos dividieron la cadena en dos mitades y midieron el grado de entrelazamiento entre ellas. Descubrieron que la conexión era tan intensa que cumplía con los estrictos criterios matemáticos del embezzlement universal, formulados previamente.

La principal peculiaridad radica en la capacidad de objetos cuánticos complejos para "alimentar" discretamente el entrelazamiento de otros sistemas, mientras que su propio estado prácticamente no cambia.

Cabe destacar que este efecto no solo se mantiene en las estructuras teóricas infinitas. Experimentos con cadenas suficientemente grandes, pero finitas en número de partículas, demostraron que el embezzlement también es posible en ellas. Tales objetos pueden ser creados en condiciones de laboratorio.

Según los autores del estudio, este descubrimiento abre perspectivas para el desarrollo de nuevos métodos de transferencia de información en sistemas de computación cuántica. Además, estudiar el embezzlement podría mejorar las tecnologías de modelado de materiales cuánticos complejos o incluso conducir al descubrimiento de nuevos estados de la materia hasta ahora desconocidos.

Por ahora, todo sigue en el plano de las teorías. Como destaca uno de los autores, el físico Laurits van Luijk, el trabajo solo confirma que las cadenas críticas de fermiones poseen la propiedad de embezzlement, pero no proporciona un método directo para aprovecharlo en la práctica.

Actualmente, el equipo se centra en desarrollar protocolos basados en operaciones gaussianas, un tipo de manipulación cuántica considerada la más adecuada para implementarse con las tecnologías actuales. Los investigadores confían en que estos métodos permitirán trasladar el embezzlement de la teoría al plano experimental real.