El 30 de noviembre 2016, Mas que 100, 000 personas de todo el mundo contribuyeron a un conjunto de experimentos de física cuántica únicos conocidos como The BIG Bell Test. Usar teléfonos inteligentes y otros dispositivos conectados a Internet, los participantes contribuyeron con bits impredecibles, que determinó cómo los átomos entrelazados, fotones, y se midieron dispositivos superconductores en 12 laboratorios de todo el mundo. Los científicos utilizaron la información humana para cerrar una laguna obstinada en las pruebas del principio de realismo local de Einstein. Los resultados ahora han sido analizados, y se informan en el informe de esta semana Naturaleza .

En una prueba de Bell (llamada así por el físico John Stewart Bell), pares de partículas entrelazadas, como fotones, se generan y se envían a diferentes ubicaciones, donde se miden las propiedades de las partículas, como los colores de los fotones o el tiempo de llegada. Si los resultados de la medición tienden a coincidir, independientemente de las propiedades que elijamos medir, implica algo muy sorprendente:o la medida de una partícula afecta instantáneamente a la otra partícula (a pesar de estar lejos), o incluso más extraño, las propiedades nunca existieron realmente, sino que fueron creados por la propia medición. Cualquiera de las dos posibilidades contradice el realismo local, La cosmovisión de Einstein de un universo independiente de nuestras observaciones, en el que ninguna influencia puede viajar más rápido que la luz.

La prueba BIG Bell preguntó a voluntarios humanos, conocido como Bellsters, para elegir las medidas, para cerrar la llamada "laguna de la libertad de elección", la posibilidad de que las propias partículas influyan en la elección de la medición. Tal influencia, si existiera, invalidaría la prueba; sería como permitir que los estudiantes escribieran sus propias preguntas de examen. Esta laguna no se puede cerrar eligiendo con dados o generadores de números aleatorios, porque siempre existe la posibilidad de que estos sistemas físicos estén coordinados con las partículas entrelazadas. Las elecciones humanas introducen el elemento del libre albedrío, por el cual las personas pueden elegir independientemente de lo que estén haciendo las partículas.

Dirigido por ICFO-The Institute of Photonic Sciences, en Barcelona, la prueba BIG Bell reclutó participantes de todo el mundo para contribuir con secuencias impredecibles de ceros y unos (bits) a través de un videojuego en línea. Los bits se enviaron a experimentos de última generación en Brisbane, Llevar a la fuerza, Viena, Roma, Munich, Zúrich, Bonito, Barcelona, Buenos Aires, Concepción Chile y Boulder Colorado, donde se utilizaron para establecer los ángulos de polarizadores y otros elementos de laboratorio para determinar cómo se midieron las partículas entrelazadas.

Los participantes contribuyeron con más de 90 millones de bits, haciendo posible una fuerte prueba del realismo local, así como otros experimentos sobre realismo en mecánica cuántica. Los resultados obtenidos discrepan fuertemente de la cosmovisión de Einstein, cerrar la laguna de la libertad de elección por primera vez, y demostrar varios métodos nuevos en el estudio del entrelazamiento y el realismo local.

EL EXPERIMENTO ICFO de memoria cuántica

Cada uno de los 12 laboratorios de todo el mundo llevó a cabo un experimento diferente, probar el realismo local en diferentes sistemas físicos y probar otros conceptos relacionados con el realismo. ICFO contribuyó con dos experimentos. El equipo de ICFO 1, integrado por Pau Farrera y el Dr. Georg Heinze, dirigido por el Prof. ICREA en ICFO Hugues de Riedmatten, realizó una prueba de Bell usando entrelazamiento entre dos objetos muy diferentes:un solo fotón y una nube atrapada con millones de átomos. Esta nube actuó como una "memoria cuántica" almacenando durante algún tiempo la parte de materia del estado entrelazado, y transferirlo más tarde a otro fotón único. El entrelazamiento se analizó utilizando interferómetros ópticos y detectores de fotón único. Los ajustes de medición de estos interferómetros se eligieron mediante los números aleatorios proporcionados por los Bellsters. Específicamente, los números aleatorios decidían los voltajes que se aplicaban a un dispositivo piezoeléctrico conectado a los interferómetros. Los resultados obtenidos contradicen claramente el concepto de realismo local.

El equipo de ICFO 2 realizó una prueba de Bell utilizando entrelazamiento entre dos fotones individuales de diferente color generados con una fuente de par de fotones de estado sólido. Los investigadores, Dr. Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Dr. Daniel Rieländer, y la Dra. Margherita Mazzera, dirigido por el profesor ICREA Hugues de Riedmatten, podría generar pares de fotones de banda estrecha en varios modos de frecuencia discretos. Después de separar los fotones del par, su entrelazamiento se analizó utilizando, en cada uno de los dos brazos, un modulador electroóptico para superponer los diferentes modos de frecuencia y una cavidad óptica como filtro espectral. Los números aleatorios proporcionados por los Bellsters se utilizaron para elegir los voltajes que impulsan tanto la amplitud de modulación como la fase de los moduladores electroópticos. El experimento se realizó en colaboración con los investigadores del ICFO Dr. Osvaldo Jiménez, Dr. Alejandro Mattár y Dr. Daniel Cavalcanti, dirigido por el Prof. ICREA en ICFO Antonio Acín. Desarrollaron un modelo para describir el estado entrelazado generado y encontrar las medidas óptimas para contradecir el realismo local. Del experimento realizado el 30 de noviembre, 2016, Las teorías del realismo local se pueden descartar con un nivel de significancia de 3 desviaciones estándar, mientras que una violación más fuerte, de más de 8 desviaciones estándar, se logró en las semanas posteriores al día de la prueba Big Bell mediante la realización de mediciones más largas con números aleatorios humanos almacenados.

Hugues de Riedmatten, Profesor ICREA en ICFO:"El BBT fue una gran experiencia. Fue increíble ver números aleatorios creados por Bellsters en todo el mundo tomar el control de nuestros experimentos en tiempo real, y ver a tanta gente participando en un experimento de física cuántica ".

Carlos Abellan, investigador del ICFO e instigador del proyecto:"The BIG Bell Test fue un proyecto increíblemente desafiante y ambicioso. Sonaba increíblemente difícil el día cero, pero se hizo realidad gracias a los esfuerzos de decenas de científicos apasionados, comunicadores científicos, periodistas y medios, y especialmente las decenas de miles de personas que contribuyeron al experimento durante el 30 de noviembre, 2016. "

Morgan Mitchell, líder del proyecto BBT y profesor ICREA en ICFO:"Lo más sorprendente para mí es que la discusión entre Einstein y Niels Bohr, después de más de 90 años de esfuerzo para hacerlo riguroso y comprobable experimentalmente, aún conserva un elemento humano y filosófico. Sabemos que el bosón de Higgs y las ondas gravitacionales existen gracias a máquinas asombrosas, sistemas físicos construidos para probar las leyes de la física. Pero el realismo local es una pregunta que no podemos responder completamente con una máquina. Parece que nosotros mismos debemos ser parte del experimento, para mantener el Universo honesto ".

El equipo de BIG Bell Test una vez más quisiera agradecer a los miles de participantes que contribuyeron con tanta generosidad y entusiasmo a esta iniciativa. Sin esta contribución esencial, el experimento nunca hubiera sido posible.