The New York TimesEN UN ESTUDI QUE SUPOSA una autèntica fita, un equip de científics de la Universitat Tecnològica de Delft (Països Baixos) exposen els resultats d’un experiment que, segons afirmen, prova un dels postulats més fonamentals de la teoria quàntica: que els comportaments d’objectes situats a una gran distància es poden afectar mútuament de manera instantània. En l’experiment que ha permès aquest descobriment també hi han participat investigadors de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) de Castelldefels.

Aquest descobriment representa un nou revés a un dels principis bàsics de la física convencional. És el conegut com a principi de localitat, segons el qual un objecte només està sotmès a la influència del seu entorn immediat. L’estudi, publicat recentment a la revista Nature, dóna més credibilitat a una idea contra la qual Einstein va mantenir una famosa oposició. El científic va afirmar que la teoria quàntica implicava assumir que es produïa una “acció fantasmagòrica a distància” i es va negar a acceptar que l’Univers es pogués comportar d’una manera tan estranya i aparentment aleatòria. En particular, Einstein es burlava de la idea que partícules separades poguessin estar “entrellaçades” d’una manera tan estreta que el fet de mesurar una característica d’una d’elles afectés instantàniament l’altra, amb independència de la distància que les separés. La incertesa que introduïa la teoria quàntica disgustava profundament Einstein, que deia que tenia unes implicacions equiparables al fet que “Déu jugués amb daus”.

PROVES SÒLIDES

Però des dels anys 70 un seguit d’experiments precisos a càrrec de diversos equips de físics han anat dissipant els dubtes sobre el fet que dues partícules prèviament entrellaçades, encara que estiguin separades per tot l’Univers, puguin interactuar de manera instantània.El nou experiment, dirigit per Ronald Hanson, físic de l’Institut Kavli de Nanociència de la universitat holandesa de Delft, és la prova més sòlida obtinguda fins ara dels postulats més fonamentals de la teoria de la mecànica quàntica, que afirma l’existència d’un món estrany format per un teixit de partícules subatòmiques en què la matèria no pren forma fins que se l’observa i el temps corre cap enrere, a més de cap endavant.

Els investigadors descriuen el seu experiment com “una prova de Bell sense llacunes”, en referència a un experiment proposat el 1964 pel físic John Stewart Bell per demostrar que l’entrellaçament quàntic és una realitat. “De proves d’aquestes se’n fan des de finals dels 70, però sempre d’una manera que implicava acceptar assumpcions addicionals -explica el Dr. Hanson-. Ara hem confirmat l’existència de l’acció fantasmagòrica a distància”. Segons els científics, en el seu treball ja han aplicat mesures per descartar totes les anomenades variables amagades que podien explicar l’entrellaçament a llarga distància atenent les lleis de la física clàssica.

Els investigadors de Delft han aconseguit entrellaçar dos electrons separats per 1,3 km i després compartir informació entre els dos (els físics fan servir el terme entrellaçament per fer referència a parelles de partícules generades de manera que no se les pugui descriure independentment).

Els científics van col·locar dos diamants en dos extrems oposats del campus de la Universitat de Delft separats per 1,3 km. Cada diamant contenia una trampa diminuta per atrapar un sol electró. Un cop en van haver atrapat dos, van entrellaçar i mesurar l’ spin dels electrons (una propietat magnètica pròpia de les partícules elementals) per mitjà de pulsacions de microones i d’energia làser. La distància entre les partícules i els detectors instal·lats als dos extrems oposats del campus garantia que no es pogués intercanviar informació per mitjans convencionals en el temps que es trigava a efectuar el mesurament.

“Em sembla un experiment bonic i enginyós que ajudarà a fer avançar tota la disciplina”, estima David Kaiser, un físic de l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT) que no ha participat en l’estudi i que forma part d’un altre equip de físics que es preparen per efectuar un experiment encara més ambiciós l’any vinent en el qual es mesurarà la llum captada als confins llunyans de l’Univers. Segons aquest científic, l’experiment no ha dissipat tots els dubtes.

UN MÓN DIMINUT

Aquests experiments es duen a terme en un món peculiar i subversiu. Segons la mecànica quàntica, les partícules no adopten propietats formals fins que se les mesura o observa d’alguna manera. Fins llavors, poden existir de manera simultània en dos o més indrets. Ara bé, un cop se les mesura, es capbussen en una realitat més clàssica i passen a existir només en un lloc.

Més enllà del seu resultat immediat, els físics assenyalen que l’experiment holandès representa un avenç en la comprensió d’un món lil·liputenc que, en el passat, pertanyia exclusivament al reialme de la teoria. La mecànica quàntica ja ha tingut una gran repercussió en la tecnologia i la indústria modernes. Per exemple, és el fonament en què es basen els ordinadors i els làsers contemporanis.

“El que sí que trobo interessant és que els científics que fan els experiments estan aprenent a manipular sistemes quàntics i duen a terme experiments que superen de bon tros el que era possible quan jo em vaig començar a dedicar a la física”, comenta Leonard Susskind, físic teòric de la Universitat de Stanford. “Coses que, en el millor dels casos, eren «experiments imaginats» passen a ser possibles i després rutinàries”.

En efecte, l’experiment no és una mera reivindicació de l’exòtica teoria de la mecànica quàntica, sinó que és un pas cap a una aplicació pràctica dels seus postulats que es coneix com a “l’internet quàntic”. Actualment la seguretat de la xarxa i les infraestructures de comerç electrònic fa aigües davant d’ordinadors potents que desafien una tecnologia d’encriptació basada en la capacitat de descompondre en factors números molt elevats i altres estratègies relacionades. Hi ha investigadors com el Dr. Hanson que imaginen una xarxa de comunicacions quàntica formada a partir d’una cadena de partícules entrellaçades que envoltessin tot el món. Una xarxa d’aquesta mena faria possible compartir claus d’encriptació de manera segura i assabentar-se dels intents d’espionatge amb absoluta certesa.

Per a alguns físics, per molt que el nou experiment es declari “lliure de llacunes”, la qüestió no es pot donar per tancada. “L’experiment ha resolt dues de les tres llacunes principals d’una manera molt satisfactòria, però dues de tres no són totes tres -adverteix el Dr. Kaiser-. Estic del tot convençut que la mecànica quàntica és la descripció correcta de la natura, però, francament, no crec que hàgim arribat al punt de poder-ho afirmar amb total seguretat”.

Per al Dr. Kaiser un possible punt feble de l’experiment és que el sistema electrònic que van utilitzar els investigadors a fi d’afegir aleatorietat als mesuraments podria estar predeterminat d’alguna manera subtil que no sigui fàcil de detectar, cosa que implicaria que el resultat estigués igualment predeterminat, com creia Einstein.

Per mirar de solucionar aquesta feblesa i tancar el que consideren l’última escletxa, la Fundació Nacional de la Ciència nord-americana ha concedit finançament a un grup de físics encapçalat pel Dr. Kaiser i Alan H. Guth, que també treballa al MIT, perquè intentin dur a terme un experiment que té més possibilitats d’assegurar la total independència dels detectors de mesurament gràcies al fet de captar llum d’objectes distants situats a diverses bandes de la galàxia l’any vinent i, a continuació, anar més enllà per captar la llum d’objectes coneguts com a quàsars, situats prop dels confins de l’Univers, entre el 2017 i el 2018.