¿Es la mecánica cuántica la teoría más general que permite las violaciones de las desigualdades de Bell? La mecánica cuántica es una teoría no determinista (sus predicciones son probabilísticas), no clonable (no permite la copia de un estado cuántico) y no permite señales superlumínicas (no permite el envío de información a una velocidad mayor que la luz en el vacío). ¿Es todo esto suficiente? No, no lo es, la mayoría de las teorías de variables ocultas que cumplen con esta última propiedad, no permiten señales superlumínicas, también cumplen con las demás. Estas teorías permiten correlaciones más fuertes que las cuánticas. ¿Hay algún principio físico que cumpla la mecánica cuántica pero que no cumplan estas otras teorías? Pawlowski y sus colaboradores proclaman hoy en Nature que dicho principio es el de la causalidad de la información. Enviar m bits clásicos permite obtener como mucho m bits de información. Este principio es cumplido por la mecánica clásica y por la mecánica cuántica, pero es violado por la mayoría de las teorías de variables ocultas que presentan correlaciones más fuertes que las de la mecánica cuántica. Nos lo cuentan en Marcin Pawlowski, Tomasz Paterek, Dagomir Kaszlikowski, Valerio Scarani, Andreas Winter, Marek Zukowski, «Information causality as a physical principle,» 461: 1101-1104, 22 October 2009 (los interesados en los detalles técnicos tendrán que consultar en reiteradas ocasiones la información suplementaria del artículo). El artículo está disponible en versión gratis en ArXiv, 14 May 2009. Para los interesados en más información divulgativa sobre este gran avance recomiendo «The Foundation of Reality: Information or Quantum Mechanics?,» ArXiv blog, Monday, May 18, 2009; Dave Bacon, «Information Causality,» The Quantum Pontiff, May 29, 2009; e «Information Causality,» Complementary Slackness, 2009 June 1.
El principio de la causalidad de la información relaciona la cantidad de información que un observador (Blas) puede obtener sobre un conjunto de datos que pertenece a otro observador (Alicia), cuyos contenidos le son completamente desconocidos. Blas usará todos sus recursos locales (que podrían estar fuertemente correlacionados con recursos locales de Alicia) y un canal de comunicación clásico. La cantidad de información que Blas puede obtener está acotada por el volumen de información (m bits) que se comunicarán por el canal clásico, es decir, si Alicia le comunica a Blas m bits de información clásica, las correlaciones «ocultas» entre ambos no le permiten a Blas obtener más de m bits de información. Tanto la mecánica clásica como la mecánica cuántica se rigen por este nuevo principio. Sin embargo, muchas teorías de variables ocultas compatibles con las desigualdades de Bell gracias a correlaciones «ocultas» violan este nuevo principio físico.
El trabajo de Pawlowski et al. muestra la importancia de este nuevo principio físico en un caso particular, en un experimento concreto. Sin entrar en detalles más técnicos, ¿por qué este artículo es importante? Porque abre una vía hacia una «deducción» de la mecánica cuántica a partir de los principios básicos de la teoría de la información. Si se pudiera demostrar que entre todas las teorías que violan las desigualdades de Bell la única que cumple el principio de causalidad de la información es la mecánica cuántica, se tendría una deducción de la mecánica cuántica que la vuelve la única teoría posible. Por supuesto, estamos muy lejos de obtener este resultado, pero cada día parece menos utópico.
Tal vez sean prejuicios basados en mi propia ignorancia, pero las teorías de variables ocultas las veo un tanto empecinadas en el determinismo quizás por una forma excesivamente positivista de ver la ciencia. El universo no tiene porqué ser fácil de entender o explicar.
Está bien que se les pare los pies xDD
Las teorías de variables ocultas están ya más que superadas, pero nunca está de más que se descubran nuevos principios a partir de los cuales deducir las teorías existentes.
Como dato curioso os contaré que este artículo se fraguó en una pequeña visita que hizo Pawlowski (que es un doctorando todavía) a su amigo Paterek a Singapur. Apenas estuvo allí dos semanas, de las cuales fue a trabajar creo que dos días, les dio la idea y sacaron una publicación en Nature.
El tal Pawlowsky es un personaje curioso y creo que será muy relevante en la ciencia de los próximos años o décadas. Si tenéis curiosidad podéis ver su lista de artículos aquí:
http://arxiv.org/find/quant-ph/1/au:+Pawlowski_M/0/1/0/all/0/1
Teniendo cosas tan divertidas como: «The relation between the quantum games, communication complexity problems and Bell inequalities»
Gracias, Hellmann, habrá que seguir la trayectoria de Pawlowski, lograr un Nature tan difícil a priori como el que ha logrado (en fundamentos de lo mecánica cuántica) es realmente increíble. La teoría de la información como fundamento de la mecánica cuántica dará mucho que hablar en los próximos años.
Quede por delante que me parece un artículo muy interesante, que puede abrir muchas puertas para entender la relación entre teoría de la información y mecánica cuántica. Sin embargo
1)
Este principio es cumplido por la mecánica clásica y por la mecánica cuántica, pero es violado por la mayoría de las teorías de variables ocultas que presentan correlaciones más fuertes que las de la mecánica cuántica.
¿La mayoría? Solamente con que sea posible construir una única teoría de variables ocultas que respete dicho principio el argumento ya pierde toda su fuerza.
2) Incluso en el caso de que todas las teorías de variable ocultas violaran tal principio, no veo el artículo como una derrota para ellas. Que se las pueda distinguir teóricamente no quiere decir que eso las haga mejor o peor. Por así decirlo, el azul y el rojo son diferentes, pero nadie dice que eso suponga una derrota para el azul ni que «pare los pies» al rojo. :p
3) Además, ya tenemos una forma de distinguir teóricamente las teorías de variables ocultas de la mecánica cuántica estándar. Las primeras tienen variables ocultas mientras que la última no. 😀
Vamos, que no hay que tomar esto como una confrontación con variables ocultas, sino como una observación teórica que puede servir para desarrollar nuevas ideas en el campo de la información cuántica.