He participado en la sección «Aparici en Órbita» de Alberto Aparici @CienciaBrujula en el programa «Más de Uno» @MasDeUno de Carlos Alsina @Carlos_Alsina en Onda Cero Radio @OndaCero_es. Te recomiendo disfrutar del podcast «Aparici en órbita: La legendaria disputa entre Einstein y Bohr y el Nobel de Física 2022», Onda Cero, 12 oct 2022; «Aparici en Órbita s05e03: La naturaleza de la teoría cuántica y el Nobel de Física de 2022, con Francis Villatoro», Aparici en Órbita, iVoox, 08 oct 2022. Más información sobre este premio Nobel en «Premio Nobel de Física 2022: Aspect, Clauser y Zeilinger por ser pioneros del uso del entrelazamiento cuántico en información cuántica», LCMF, 04 oct 2022.

Alberto Aparici me invitó a hablar sobre el Premio Nobel de Física de 2022, todo un placer. Empieza el podcast con el himno de Dinamarca en honor al danés Niels Bohr; Alsina recuerda su gran amistad con el físico alemán Albert Einstein, pero destaca su disputa mutua sobre la naturaleza de la física cuántica. Alberto exagera un poco al decir que los físicos actuales seguimos discutiendo sobre este tema. Nos relata que Bohr y Einstein discrepan en cuanto a si la cuántica describe la información disponible sobre la realidad o si describe a la realidad misma. Alberto se centra en la forma de los electrones en los átomos; simplifica la discusión al hilo de la dualidad onda-partícula. Afirma que Einstein pensaba que la cuántica era correcta pero incompleta, y aprovecha para introducir la idea de teoría de variables ocultas (que hay una física «de verdad» que está oculta debajo de la cuántica). Los galardonados con el Premio Nobel de Física de 2022, Aspect, Clauser y Zeilinger, han demostrado que las variables ocultas de Einstein no existen. O mejor dicho: pueden existir, pero dejarían a Einstein muy insatisfecho.

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Alsina me pregunta por mis «quinielas de los Nobel», ya que este año he acertado los tres de Física y una de las premiadas en Química. Comento que he acertado cuatro de siete y que podrían haber sido seis de siete si hubiera tenido valor para predecir un segundo Nobel para Barry Sharpless, pero me pareció imposible.

Alsina me pide que rectifique a Alberto, ¿no hay un teoría mejor que la cuántica como quería Einstein? ¿Tenemos que resignarnos? Contesto remontándome a la demostración matemática de von Neumann en 1932 sobre la imposibilidad de la existencia de una teoría de variables ocultas locales, como las que le gustaban a Einstein. Alberto aclara que local significa que es relativista, que cumple con la teoría de la relatividad de Einstein. Menciono que Bell se dio cuenta de que esto no se podía demostrar matemáticamente, la única opción para convencer a Einstein y sus seguidores era realizar experimentos. Había que oír a la Naturaleza. Bell introdujo unas desigualdades matemáticas que tienen que cumplir todas las teorías clásicas, pero que no cumple la matemática cuántica. La Naturaleza era la única que podía decidir de forma definitiva el debate entre Einstein y Bohr.

Los galardonados con el Premio Nobel han realizado este tipo de experimentos. John Clauser en 1972, pero su experimento tenía un resquicio de localidad, sus dos detectores estaban demasiado próximos. Alain Aspect mejoró el experimento y en 1982 separando los detectores trece metros, realizando las medidas en dieciocho nanosegundos, que la luz recorre en unos cinco metros, luego no puede comunicarlos entre sí. Pero los seguidores de Einstein propusieron muchos otros resquicios. Anton Zeilinger ha liderado la realización de experimentos que han ido eliminando uno a uno todos los resquicios, hasta que en 2015 se llegó una versión libre de resquicios que fue aceptada por todos. Gracias a Clauser, Aspect y Zeilinger la Naturaleza ha hablado y nos ha dicho que no existe ninguna teoría de variables ocultas locales. La mecánica es una teoría completa.

Alberto comenta que una teoría de variables ocultas no local implica que haya transmisión de información a mayor velocidad que la luz en el vacío. Así que para evitar esta posibilidad a veces se separan los experimentos en distancias de muchos kilómetros. Comento que hoy en día no hay dudas de que la Naturaleza ha hablado y ha decidido el debate del lado de Bohr. Alberto comenta que aún hay físicos que se adhieren a la idea de Einstein, pues les parece más adecuada para su intuición.

Alsina destaca que el Comité Nobel señaló que los trabajos de los tres premiados “dieron comienzo a la era de la información cuántica”. ¿Qué diferencia la información cuántica de la información normal, la periodística? Contesto que cuando se transmite información en un canal se transmiten unidades de energía que codifican dicha información. La diferencia entre cuántica y clásica es la descripción probabilística de la información; en cuántica se usa una probabilidad cuántica que se describe mediante amplitudes de probabilidad, que no son probabilidades pudiendo ser negativas, con lo que se permite una mayor riqueza que en la clásica que usa una probabilidad convencional; la cuántica permite una mayor riqueza a la hora de procesar la información gracias a los fenómenos de interferencia cuántica constructiva y destructiva (que equivalen a la existencia de «probabilidades negativas»).

¿La realidad cuántica es más real que la realidad? Una pregunta filosófica a la que Alberto contesta que la realidad cuántica es la realidad. Yo apostillo que lo que no es real es la realidad que nosotros percibimos en nuestra vida cotidiana. Los objetos macroscópicos que nos rodean tienen propiedades muy diferentes a las que tienen los átomos y las partículas que los constituyen. Nosotros creemos que la realidad cotidiana es la realidad, pero nos autoengañamos, según la física la realidad es la descrita por la física cuántica, a día de hoy.

Apostillo que la información cuántica es muy útil porque permite los ordenadores cuánticos, la internet cuántica y el cifrado cuántico. Auguro que dentro de treinta años todos nuestros teléfonos móviles tendrán un chip cuántico que se comunicará con un satélite para usar un cifrado cuántico seguro para todas nuestras transacciones seguras a través de internet, por ejemplo, cuando usamos nuestra tarjeta bancaria para pagar por internet. Todo ello será gracias a la física cuántica y gracias al trabajo de estos físicos pioneros galardonados con el Nobel. Lo que estos pioneros hicieron en la década de los 1970 y 1980 hoy en día es algo completamente normal en todos los laboratorios de física del mundo. Bromeo que hasta los ingenieros usan estas tecnologías; ya hay ingenieros cuánticos que usan las herramientas de ciencia básica que desarrollaron estos pioneros.

Alberto comenta que la información cuántica es un concepto muy importante en el debate entre Einstein y Bohr. Hoy en día interpretamos la teoría cuántica de un electrón como una descripción de la información que lleva el electrón, como decía Bohr, no del electrón como tal, como prefería Einstein. Esta información sobre el electrón nos dice la carga que lleva el electrón, la posición donde se encuentra, la velocidad a la que se mueve, etc. La cuántica nos habla de todas estas propiedades del electrón que podemos medir en los experimentos, pero no describe el electrón mismo. El electrón mismo es una cosa filosóficamente inaccesible, podemos medir sus propiedades con ciertos aparatos, pero no tenemos acceso al objeto mismo. Una cuestión filosófica muy interesante.

Comento que el electrón es una partícula fundamental. Los objetos fundamentales son objetos que por definición no se pueden explicar con nada más fundamental. No podemos explicar el electrón como hecho de algo más fundamental, pues el electrón es fundamental. Puedes explicar los átomos como hechos de electrones y núcleos, porque no son fundamentales. Pero los objetos fundamentales no pueden ser explicados con objetos más fundamentales.

Por cierto, me comentó Alberto que quizás me preguntarían por qué es el entrelazamiento cuántico de fotones usado por los premiados en sus experimentos. Preparé una respuesta usando los calcetines  reversibles de Alberto de color blanco y negro (los de su equipo de fútbol) al hilo de mi pieza «Los calcetines entrelazados de Adán y Berto», LCMF, 08 ene 2013.

El entrelazamiento cuántico es una correlación entre propiedades de sistemas cuánticos. Os pongo un ejemplo: imaginad que Alberto es un poco friki y siempre usa calcetines reversibles de dos colores, blancos por fuera y negros por dentro, el color de la equipación del Castellón. Siempre se pone los dos calcetines del mismo color por fuera, pero unos día muestran el color interior y otros muestran el color exterior. Imagina que yo le quito un calcetín a Alberto, se lo enseño a Alsina y le pregunto de qué color es el calcetín que tiene Alberto en su otro pie. Si Alsina no sabe si yo le he dado la vuelta al calcetín o no se la he dado antes de mostrárselo solo puede saber que será de color blanco o negro. Tiene una probabilidad de un 50 % de acertar. Por supuesto, si me vio quitárselo y sabe que no le he dado la vuelta acertará el 100 % de las veces. Esto es un ejemplo de una correlación clásica.

Si los calcetines de Alberto fueran cuánticos se podrían preparar en un estado entrelazado en el que los calcetines ni son blancos ni son negros, sino que están en un estado de superposición de ambos colores. Eso sí, tras mirar un calcetín aparecerá como blanco o somo negro, pero no tienen color determinado cuando no los miramos (como el famoso gato de Schrödinger en la caja que no sabemos si está vivo o muerto). Si Alsina supiera física cuántica podría predecir el color del calcetín del pie de Alberto con una probabilidad mayor del 50 % haciendo un experimento con el calcetín que yo le muestro antes de mirarlo. Siendo imposible que acierte en su respuesta con un 100 % de probabilidad, la física cuántica le permite predecir el color del calcetín que Alberto lleva puesta hasta con casi un 71 % de probabilidad. La razón es que las correlaciones cuánticas entre dos sistemas entrelazados son más fuertes que las correlaciones clásicas. Este incremento de probabilidad del 50 % clásico a un 71 % cuántico gracias al entrelazamiento es lo que demostraron en sus experimentos con fotones Clauser, Aspect y Zeilinger.

¡Qué disfrutes del podcast!