El entrelazamiento cuántico ha fascinado a los físicos durante casi un siglo. Al principio, se cuestionaba su propia existencia. Pero hoy, se crean partículas entrelazadas en gran número en laboratorios de todo el mundo. Lo hacen para enviar mensajes perfectamente encriptados, estudiar la computación cuántica y entender mejor la naturaleza de este profundo fenómeno.
La facilidad con la que partículas como los fotones pueden ser entrelazadas ha llevado a algunos físicos a plantear una interesante cuestión adicional: ¿llegaremos a ser capaces de "ver" el entrelazamiento?
Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Valentina Capara Vivolti de la Universidad de Ginebra (Suiza). Junto a su equipo, ha diseñado un experimento que debería permitir que el ojo humano visualice el fenómeno directamente. Y afirma haber allanado el terreno para el primer experimento de este tipo.
Encontrar una manera para que el ojo humano pueda detectar fotones entrelazados suena sencillo. Después de todo, el ojo es un detector de fotones, así que debería resultar posible que un ojo funcione como fotodetector en cualquier experimento estándar de detección de entrelazamiento.
Tal experimento podría consistir en una fuente de parejas de fotones entrelazados, con el envío de cada pareja a un fotodetector mediante una instalación experimental adecuada. Al comparar la llegada de fotones en cada detector y repetir el proceso muchas veces, sería determinar estadísticamente si se ha producido el entrelazamiento.
Foto: La imagen representa el concepto descrito de un experimento de detección del entrelazamiento, con una fuente de fotones entrelazados a la izquierda y dos detectores de fotones (uno convencional, y el otro el ojo humano) a la derecha para la fase de análisis.
Resulta fácil de imaginar que este experimento pueda ser replicado sin problema al sustituir uno de los fotodetectores por un ojo. Pero resulta que no es el caso.
El principal problema es que el ojo no puede detectar fotones individuales. En su lugar, cada bastón detector de luz del fondo de cada ojo debe ser estimulado por un buen número de fotones para posibilitar la detección. Se cree que el número más bajo de fotones que puede lograrlo será unos siete, pero en la práctica la gente generalmente ve los fotones cuando llegan en números que se cuentan por cientos o miles.
Incluso entonces el ojo no es un fotodetector especialmente eficaz. Un buen laboratorio de óptica dispondrá de fotodetectores que superan un 90% de eficiencia. En contraste, incluso a los niveles de iluminación más bajos, el ojo tiene una eficiencia de alrededor del 8%. Eso significa que muchos fotones se le pasan desapercibidos.
Esto genera un importante problema. Si el ojo humano va a poder observar el entrelazamiento de esta manera, entonces los físicos tendrán que entrelazar no sólo dos fotones sino al menos siete, y de forma ideal muchos cientos o miles de ellos. Pero eso simplemente no es factible con la tecnología actual. En el mejor caso, los físicos son capaces de entrelazar media docena de fotones, pero incluso esto representa una tarea muy difícil.
Lo que se necesita es una manera de amplificar el efecto de un único fotón entrelazado para que sea detectable por el ojo humano, pero ha de hacerse sin destruir el codiciado entrelazamiento.
El equipo de Vivoli dice que ha elaborado un truco que lo amplifica. La triquiñuela se basa en una técnica denominada como operación de desplazamiento, en la que dos objetos cuánticos interactúan de forma que uno cambia la fase del otro.
Para generar este fenómeno en fotones es necesario el uso de un divisor de haz. Imagínense un haz de fotones coherentes (este concepto implica que no hay variables exte as que alteren su estado cuántico) procedentes de un láser dirigido al divisor. La transmisión del haz debería atravesar el divisor, pero si cambia de fase, entonces sería reflejada.
Si se interpone un segundo haz de luz en la transmisión del primero, este cambiaría de fase y, por tanto, se reflejaría al llegar al divisor. En otras palabras, el segundo haz actuaría como un interruptor de la reflexión del primero.
Este interruptor no necesita ser tan intenso como el haz principal, sólo ha de ser coherente. De hecho, un único fotón podría lograrlo, al menos en teoría. Bajo este enfoque, la idea consiste en emplear solo un fotón entrelazado para activar la transmisión de un haz más potente por un divisor de haz. Y es este último el que sería detectado por el ojo humano mientras conserva la naturaleza cuántica de su entrelazamiento original.
Esa es la teoría. El equipo de Vivoli asegura que la tecnología necesaria para realizar este tipo de experimento ya está disponible. Los investigadores afirman que su trabajo "demuestra de forma convincente la posibilidad de realizar el primer experimento en el que el entrelazamiento sea detectado por el ojo humano".
No obstante, este experimento será difícil de ejecutar. Asegurarse de que el amplificador óptico funcione tal y como afirman no será tarea fácil, por ejemplo. Y aunque se logre, registrar con fiabilidad lo que detecta el ojo resultará aún más complicado. La prueba del entrelazamiento es una estadística que requiere muchos recuentos para ambos detectores. Eso implica que un individuo tendría que participar en el experimento para apuntar un sí o un no para cada intento, repetido miles o incluso decenas de miles de veces. Los voluntarios necesitarán disponer de mucho tiempo libre.
Aun así, es posible que el primero de los experimentos de este tipo ya esté en curso, tal vez incluso en el laboratorio de Vivoli. Pronto podríamos conocer la identidad de la primera persona en "ver" el entrelazamiento. Por supuesto, experimentos como este acabarán rápidamente con el glamur y romance de la percepción popular del entrelazamiento. De hecho, resulta difícil entender por qué alguien querría estar entrelazado con un fotodetector durante el tiempo que durará este experimento.
Una manera de reforzar esta motivación sería modificar el experimento para que entrelace a dos humanos. No es difícil de imaginar que la gente quisiera participar en un experimento así, incluso con muchas ganas. Eso requerirá una instalación modificada en la que ambos detectores sean ojos humanos, con su alto nivel de desencadenamiento y su baja eficiencia. Si esto será posible o no con la instalación de Vivoli aún no está claro.
Sólo entonces los voluntarios podrán contestar a la pregunta que incomoda a la mayoría de los físicos. ¿Qué se siente al estar entrelazado con otro ser humano?
Dada la naturaleza de este experimento, la respuesta será tediosamente aburrida. Pero como señala el equipo de Vivoli en sus conclusiones: "Puede afirmarse con seguridad que sondar la visión humana con luz cuántica es terra incognita. Esto lo convierte en un atractivo reto de por sí".
¡Totalmente!
Ref: arxiv.org/abs/1602.01907: What Does It Take to See Entanglement?