El experimento que permitirá a los humanos ver el entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento es el extraño fenómeno en el que dos partículas cuánticas se vinculan tan profundamente que comparten la misma existencia. Cuando esto sucede, la medición de una partícula influye inmediatamente en la otra, independientemente de la distancia entre ellas.

El entrelazamiento ha desconcertado a los físicos durante la mayor parte de un siglo. Al principio, se discutió su existencia misma. Pero hoy, los físicos crean partículas entrelazadas en grandes cantidades en laboratorios de todo el mundo. Usan rutinariamente el entrelazamiento para enviar mensajes perfectamente encriptados, para estudiar la computación cuántica y para comprender mejor la naturaleza de este fenómeno profundo.

La facilidad con la que se pueden entrelazar partículas como los fotones ha llevado a algunos físicos a formular una interesante pregunta adicional: ¿podrán los humanos ver el entrelazamiento alguna vez?

Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Valentina Caprara Vivoli en la Universidad de Ginebra en Suiza unos amigos. Han ideado un experimento que debería permitir que un ojo humano detecte directamente el enredo. Y dicen que ahora está listo el escenario para el primer experimento de este tipo.

Encontrar una manera para que el ojo humano detecte fotones entrelazados suena sencillo. Después de todo, el ojo es un detector de fotones, por lo que debería ser posible que un ojo reemplace un fotodetector en cualquier experimento estándar de detección de entrelazamiento.

Tal experimento podría consistir en una fuente de pares de fotones entrelazados, cada uno de los cuales se envía a un fotodetector a través de una configuración experimental adecuada.

Comparando la llegada de los fotones a cada detector y repitiendo el proceso de detección muchas veces, es posible determinar estadísticamente si se está produciendo un entrelazamiento.

Es fácil imaginar que este experimento se puede repetir fácilmente reemplazando uno de los fotodetectores con un ojo. Pero resulta que ese no es el caso.

El principal problema es que el ojo no puede detectar fotones individuales. En cambio, cada varilla detectora de luz en la parte posterior del ojo debe ser estimulada por un buen puñado de fotones para activar una detección. Se cree que el número más bajo de fotones que pueden hacer el truco es alrededor de siete, pero en la práctica, las personas generalmente ven fotones solo cuando llegan a cientos o miles.

Incluso entonces, el ojo no es un fotodetector particularmente eficiente. Un buen laboratorio de óptica tendrá fotodetectores con una eficiencia superior al 90 por ciento. Por el contrario, en los niveles de luz más bajos, el ojo tiene una eficiencia de alrededor del 8 por ciento. Eso significa que pierde muchos fotones.

Eso crea un problema importante. Si el ojo humano alguna vez ve el entrelazamiento de esta manera, entonces los físicos tendrán que entrelazar no solo dos fotones, sino al menos siete, e idealmente muchos cientos o miles de ellos.

Y eso simplemente no es posible con la tecnología actual. En el mejor de los casos, los físicos son capaces de entrelazar media docena de fotones, pero incluso esto es una tarea difícil.

Lo que se necesita es una forma de amplificar el efecto de un solo fotón entrelazado para que pueda ser detectado por el ojo, pero sin destruir el entrelazamiento de suma importancia.

Vivoli y compañía dicen que han ideado un truco que amplifica efectivamente un solo fotón entrelazado en muchos fotones que el ojo puede ver. Su truco depende de una técnica llamada operación de desplazamiento, en la que dos objetos cuánticos interfieren para que uno cambie la fase del otro.

Una forma de hacer esto con fotones es con un divisor de haz. Imagine un haz de fotones coherentes de un láser dirigido a un divisor de haz. El haz se transmite a través del divisor, pero un cambio de fase puede hacer que se refleje.

Ahora imagina otro haz de fotones coherentes que interfiere con el primero. Esto cambia la fase del primer haz para que se refleje en lugar de transmitirse. En otras palabras, el segundo haz puede encender y apagar el reflejo.

Fundamentalmente, el haz de conmutación no necesita ser tan intenso como el haz principal, solo necesita ser coherente. De hecho, un solo fotón puede hacer este truco de cambiar un haz más intenso, al menos en teoría.

Esa es la base del nuevo enfoque. La idea es utilizar un solo fotón entrelazado para cambiar el paso de un haz más potente a través de un divisor de haz. Y es este rayo más poderoso el que detecta el ojo y el que aún conserva la naturaleza cuántica del entrelazamiento original.

Esa es la teoría. Vivoli y compañía dicen que la tecnología está disponible para hacer este tipo de experimento ahora. Dicen que su trabajo demuestra de manera convincente la posibilidad de realizar el primer experimento donde se observa el enredo con el ojo.

Sin embargo, este experimento será difícil de hacer. Asegurarse de que el amplificador óptico funcione como dicen será difícil, por ejemplo.

E incluso si lo hace, registrar de manera confiable cada detección en el ojo será aún más difícil. La prueba de enredo es estadística y requiere muchos conteos de ambos detectores. Eso significa que una persona tendría que sentarse en el experimento registrando una respuesta de sí o no para cada ejecución, repetida miles o decenas de miles de veces. Los voluntarios necesitarán tener mucho tiempo libre.

Aun así, es posible que los primeros experimentos de este tipo ya estén en marcha, quizás incluso en los laboratorios de Vivoli y compañía. Entonces, pronto podemos descubrir la identidad de la primera persona que vio el enredo.

Por supuesto, experimentos como este eliminarán rápidamente el glamour y el romance de la percepción popular del enredo. De hecho, es difícil ver por qué alguien querría estar enredado con un fotodetector durante el tiempo que lleva hacer este experimento.

Una forma de aumentar esta motivación sería modificar el experimento para que enrede a dos humanos. No es difícil imaginar a un pueblo que quiera participar en un experimento de este tipo, tal vez incluso con entusiasmo.

Eso requerirá una configuración modificada en la que ambos detectores sean ojos humanos, con su alto nivel de activación y su baja eficiencia. Aún no está claro si esto será posible con la configuración de Vivoli y compañía.

Solo entonces los voluntarios podrán responder la pregunta que incomoda a la mayoría de los físicos. ¿Qué se siente estar enredado con otro ser humano?

Dada la naturaleza de este experimento, la respuesta será abrumadoramente aburrida. Pero como Vivoli y compañía señalan en su conclusión: es seguro decir que probar la visión humana con luz cuántica es terra incognita. Esto lo convierte en un desafío atractivo por sí solo.

¡Bastante!

Ref: arxiv.org/abs/1602.01907 : ¿Qué se necesita para ver el enredo?

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