¿Qué es la interacción? y cuando ocurre? La intuición sugiere que la condición necesaria para la interacción de partículas creadas independientemente es su contacto directo o contacto a través de portadores de fuerza física. En mecánica cuántica, el resultado de la interacción es el entrelazamiento:la aparición de correlaciones no clásicas en el sistema. Parece que la teoría cuántica permite el entrelazamiento de partículas independientes sin ningún contacto. La identidad fundamental de partículas del mismo tipo es responsable de este fenómeno.

La mecánica cuántica es actualmente la mejor y más precisa teoría utilizada por los físicos para describir el mundo que nos rodea. Su rasgo característico, sin embargo, es el lenguaje matemático abstracto de la mecánica cuántica, que conduce notoriamente a serios problemas de interpretación. La visión de la realidad propuesta por esta teoría es aún objeto de controversia científica que, tiempo extraordinario, solo se está volviendo más caliente e interesante. La nueva motivación de la investigación y las preguntas intrigantes surgen de una nueva perspectiva que resulta del punto de vista de la información cuántica y el enorme progreso de las técnicas experimentales. Estos permiten verificar las conclusiones extraídas de sutiles experimentos mentales directamente relacionados con el problema de la interpretación. Es más, Los investigadores ahora están haciendo un enorme progreso en el campo de la comunicación cuántica y la tecnología de la computadora cuántica. que se basa significativamente en recursos no clásicos ofrecidos por la mecánica cuántica.

Pawel Blasiak del Instituto de Física Nuclear de la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia y Marcin Markiewicz de la Universidad de Gdansk se centran en analizar paradigmas y conceptos teóricos ampliamente aceptados sobre los conceptos básicos y la interpretación de la mecánica cuántica. Los investigadores están tratando de determinar en qué medida las intuiciones utilizadas para describir los procesos de la mecánica cuántica están justificadas en una visión realista del mundo. Para este propósito, intentan aclarar ideas teóricas específicas, a menudo funcionando en forma de intuiciones vagas, utilizando el lenguaje de las matemáticas. Este enfoque a menudo da como resultado la aparición de paradojas inspiradoras. Por supuesto, cuanto más básico es el concepto con el que se relaciona una paradoja dada, el mejor, porque abre nuevas puertas a una comprensión más profunda de un problema determinado.

En este espíritu, Ambos científicos consideraron la pregunta fundamental:¿Qué es la interacción, y cuando ocurre? En mecánica cuántica, el resultado de la interacción es el enredo, que es la aparición de correlaciones no clásicas en el sistema. Imagínese dos partículas creadas de forma independiente en galaxias distantes. Parecería que una condición necesaria para el surgimiento del entrelazamiento es el requisito de que en algún momento de su evolución, las partículas se tocan, o al menos que el contacto indirecto debe tener lugar a través de otra partícula o campo físico para transmitir la interacción. ¿De qué otra manera pueden establecer el misterioso vínculo del entrelazamiento cuántico? Paradójicamente, sin embargo, resulta que esto es posible. La mecánica cuántica permite que se produzca un entrelazamiento sin necesidad de ningún contacto, incluso indirecto.

Para justificar una conclusión tan sorprendente se requiere un esquema en el que las partículas muestren correlaciones no locales a distancia (en un experimento tipo Bell). La sutileza de este enfoque es excluir la posibilidad de una interacción entendida como alguna forma de contacto en el camino. Este esquema también debería ser económico, por lo que debe excluir la presencia de portadores de fuerza que podrían mediar en esta interacción, incluyendo un campo físico o partículas intermedias. Blasiak y Markiewicz mostraron cómo se puede hacer esto partiendo de las consideraciones originales de Yurke y Stoler, que reinterpretaron como una permutación de caminos recorridos por las partículas de diferentes fuentes. Esta nueva perspectiva permite la generación de cualquier estado entrelazado de dos y tres partículas, evitando cualquier contacto. El enfoque propuesto se puede extender fácilmente a más partículas.

¿Cómo es posible entrelazar partículas independientes a distancia sin su interacción? La propia mecánica cuántica sugiere una pista:en el que se postula la identidad, la indistinguibilidad fundamental de todas las partículas del mismo tipo. Esto significa, por ejemplo, que todos los fotones (así como otras familias de partículas elementales) en todo el universo son iguales, independientemente de su distancia. Desde una perspectiva formal, esto se reduce a la simetrización de la función de onda para los bosones o su antisimetrización para los fermiones.

Los efectos de la identidad de las partículas generalmente se asocian con sus estadísticas que tienen consecuencias para una descripción de los sistemas de múltiples partículas que interactúan (como los condensados ​​de Bose-Einstein o la teoría de bandas de estado sólido). En el caso de sistemas más simples, el resultado directo de la identidad de las partículas es el principio de exclusión de Pauli para fermiones o agrupamiento en óptica cuántica para bosones. La característica común de todos estos efectos es el contacto de partículas en un punto del espacio, que sigue la simple intuición de la interacción (por ejemplo, en la teoría de partículas, esto se reduce a los vértices de interacción). De ahí la creencia de que las consecuencias de la simetrización solo pueden observarse de esta manera. Sin embargo, la interacción por su propia naturaleza provoca enredos. Por lo tanto, No está claro qué causa los efectos observados y las correlaciones no clásicas:¿Es una interacción en sí misma, ¿O es la indistinguibilidad inherente de las partículas? El esquema propuesto por los científicos pasa por alto esta dificultad, eliminando la interacción que podría ocurrir a través de cualquier contacto. Por eso, la conclusión de que las correlaciones no clásicas son una consecuencia directa del postulado de la identidad de las partículas. De ello se deduce que existe una forma de activar puramente el entrelazamiento de su indistinguibilidad fundamental.

Este tipo de vista, partiendo de preguntas sobre los fundamentos de la mecánica cuántica, se puede aplicar prácticamente para generar estados entrelazados para tecnologías cuánticas. El artículo muestra cómo crear cualquier estado entrelazado de dos y tres qubits, y estas ideas ya están implementadas experimentalmente. Parece que los esquemas considerados pueden extenderse con éxito para crear estados de muchas partículas entrelazadas. Como parte de una investigación adicional, los científicos pretenden analizar en detalle el postulado de partículas idénticas, tanto desde el punto de vista de la interpretación teórica como de las aplicaciones prácticas.

Asombrosamente, el postulado de la indistinguibilidad de las partículas no es solo un procedimiento matemático formal, pero en su forma pura, conduce a las consecuencias observadas en los laboratorios. ¿La no localidad es inherente a todas las partículas idénticas del universo? El fotón emitido por la pantalla del monitor y el fotón de la galaxia distante en las profundidades del universo parecen estar entrelazados solo por su naturaleza idéntica. Este es un gran misterio que la ciencia pronto enfrentará.