Una de las características más fundamentales de la física cuántica es la no localidad de Bell:el hecho de que las predicciones de la mecánica cuántica no pueden ser explicadas por ninguna teoría local (clásica). Esto tiene consecuencias conceptuales notables y aplicaciones de gran alcance en la información cuántica.

Sin embargo, en nuestra experiencia diaria, los objetos macroscópicos parecen comportarse de acuerdo con las reglas de la física clásica, y las correlaciones que vemos son locales. ¿Es este realmente el caso? ¿O podemos desafiar este punto de vista? En un artículo reciente en Cartas de revisión física , Científicos de la Universidad de Viena y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia de Ciencias de Austria han demostrado que es posible preservar completamente la estructura matemática de la teoría cuántica en el límite macroscópico. Esto podría conducir a observaciones de no localidad cuántica a escala macroscópica.

Nuestra experiencia cotidiana nos dice que los sistemas macroscópicos obedecen a la física clásica. Por tanto, es natural esperar que la mecánica cuántica deba reproducir la mecánica clásica en el límite macroscópico. Esto se conoce como el principio de correspondencia, como lo estableció Bohr en 1920. Un argumento simple para explicar esta transición de la mecánica cuántica a la mecánica clásica es el mecanismo de grano grueso:si las mediciones realizadas en sistemas macroscópicos tienen una resolución limitada y no pueden resolver partículas microscópicas individuales, entonces los resultados se comportan de forma clásica.

Tal argumento, aplicado a correlaciones de Bell (no locales), conduce al principio de localidad macroscópica. Similar, las correlaciones cuánticas temporales se reducen a correlaciones clásicas (realismo macroscópico) y la contextualidad cuántica se reduce a la no contextualidad macroscópica. Se creía firmemente que la transición cuántica a clásica es universal, aunque faltaba una prueba general. Para ilustrar el punto, tomemos el ejemplo de la no localidad cuántica.

Supongamos que tenemos dos observadores distantes, Alice y Bob, que quieren medir la fuerza de la correlación entre sus sistemas locales. Podemos imaginar una situación típica en la que Alice mide su diminuta partícula cuántica y Bob hace lo mismo con la suya y combinan sus resultados de observación para calcular la correlación correspondiente. Dado que sus resultados son inherentemente aleatorios (como siempre es el caso en los experimentos cuánticos), deben repetir el experimento un gran número de veces para encontrar la media de las correlaciones. La suposición clave en este contexto es que cada ejecución del experimento debe repetirse exactamente en las mismas condiciones e independientemente de otras ejecuciones. que se conoce como el supuesto IID (independiente e idénticamente distribuido).

Por ejemplo, al realizar lanzamientos de monedas al azar, debemos asegurarnos de que cada lanzamiento sea justo e imparcial, resultando en una probabilidad medida de (aproximadamente) 50% para cara / cruz después de muchas repeticiones. Tal suposición juega un papel central en la evidencia existente para la reducción a la clasicidad en el límite macroscópico. Sin embargo, Los experimentos macroscópicos consideran grupos de partículas cuánticas que se empaquetan y miden juntas con una resolución limitada (granulado grueso). Estas partículas interactúan entre sí, de modo que no es natural suponer que las correlaciones a nivel microscópico se distribuyen en unidades de pares independientes e idénticos. Si es así, ¿Qué sucede si descartamos la suposición de IID? ¿Seguimos logrando la reducción a la física clásica en el límite de un gran número de partículas?

En su trabajo reciente, Miguel Gallego (Universidad de Viena) y Borivoje Dakić (Universidad de Viena e IQOQI) han demostrado que, asombrosamente, las correlaciones cuánticas sobreviven en el límite macroscópico si las correlaciones no están distribuidas por IID a nivel de constituyentes microscópicos.

"La suposición de IID no es natural cuando se trata de una gran cantidad de sistemas microscópicos. Las pequeñas partículas cuánticas interactúan fuertemente y las correlaciones cuánticas y el entrelazamiento se distribuyen por todas partes. En tal escenario, revisamos los cálculos existentes y pudimos encontrar un comportamiento cuántico completo a escala macroscópica. Esto va completamente en contra del principio de correspondencia, y la transición a la clasicidad no se produce ", dice Borivoje Dakić.

Al considerar las fluctuaciones observables (desviaciones de los valores esperados) y una cierta clase de estados de muchos cuerpos entrelazados (estados sin IID), los autores muestran que toda la estructura matemática de la teoría cuántica (por ejemplo, La regla de Born y el principio de superposición) se conserva en el límite. Esta propiedad, que ellos llaman comportamiento cuántico macroscópico, directamente les permite mostrar que la no localidad de Bell es visible en el límite macroscópico. "Es sorprendente tener reglas cuánticas a escala macroscópica. Solo tenemos que medir las fluctuaciones, desviaciones de los valores esperados, y veremos fenómenos cuánticos en sistemas macroscópicos. Creo que esto abre la puerta a nuevos experimentos y aplicaciones, "dice Miguel Gallego.