Hay muchas demostraciones de que la mecánica cuántica no puede ser explicada mediante una teoría de variables ocultas.
La mayoría asume una teoría estadística basada en una mecánica clásica local (relativista) y separable, como los famosos teoremas
de John von Neumann o John S. Bell.
Sin embargo, las teorías no locales o no separables, que permiten la propagación de señales superlumínicas o instantáneas, son harina de otro costal.
La única posibilidad de refutar estas teorías de variables ocultas es demostrar que violan alguno de los teoremas que se deducen de la mecánica cuántica, como el teorema de “no clonación” (no-cloning) o el de “no señalización”
(no-signaling). Este último teorema afirma que las correlaciones cuánticas entre sistemas entrelazados separados espacialmente no permiten el envío de señales superlumínicas. Nicolas Gisin (Univ. Ginebra, Suiza) y varios colegas, entre ellos el español Antonio Acín (ICFO e ICREA, Barcelona), han demostrado que toda teoría de variables ocultas no separable que permita la propagación de señales superlumínicas, a velocidad finita, viola el teorema de “no señalización,” es decir, sin necesidad de acceder a las variables ocultas, se puede construir un protocolo que aproveche las correlaciones cuánticas entre sistemas entrelazados
(en la “mecánica cuántica modificada” descrita por dicha teoría) para transmitir señales superlumínicas.
Trabajos previos habían podido demostrarlo para teorías concretas, pero este nuevo trabajo tiene mayor generalidad, por lo que ha sido publicado en la prestigiosa Nature Physics y ha generado cierto revuelo mediático (en muchos casos “tergiversando” las conclusiones del trabajo técnico).
El artículo técnico es J-D. Bancal, S. Pironio, A. Acín, Y-C. Liang, V. Scarani, N. Gisin, “Quantum non-locality based on finite-speed causal influences leads to superluminal signalling,” Nature Physics, Published online 28 October 2012 [arXiv:1110.3795].
Tergiversar las palabras de un físico en una entrevista no es ninguna novedad. Se aúnan que el periodista no entiende lo que le cuentan y que el físico no se da cuenta de que no le entienden.
“Demuestran que las partículas cuánticas están vinculadas más allá del espacio-tiempo,” Tendencias Científicas, 31 Octubre 2012.
La autora afirma que “en el universo todo podría estar influenciado por todo y se perdería la noción de espacio-tiempo. Según las leyes de la física cuántica, se pueden relacionar [partículas subatómicas] a distancia de manera instantánea o a velocidades superiores a la de la luz.”
¡Qué barbaridad! Esto es completamente falso.
“De cara a no contradecir la relatividad de Einstein, estas influencias (entre partículas subatómicas, a velocidades supralumínicas) deben permanecer ocultas, en el sentido de que no pueden ser detectadas o manipuladas.” (…)
Pero las cosas no funcionan así: “en el caso de influencias que se propagan a velocidad arbitraria pero no infinita, las influencias no pueden quedar ocultas, si se deben reproducir las correlaciones cuánticas,” afirma Acín. (…) Nicolas Gisin señala que: “nuestros resultados dan peso a la idea de que las correlaciones cuánticas, de alguna manera, surgen desde fuera del espacio-tiempo.” Ya se sabe que sacar frases de contexto puede llevar a cambiar su significado hasta extremos sonrojantes.
“¿Está todo conectado? ¿Puede la información viajar más rápida que la luz?
No, no y mil veces no,” Manzanas Entrelazadas, 3 nov. 2012 (que llegó a portada en MNM). “El artículo de Acín es muy interesante, pero también lo son las comunicaciones divulgativas que se han dado sobre él. (…) En MNM llegó a portada con el título, “Una de dos: O la información es mas rápida que la luz, o todo el Universo está relacionado entre sí.”
Todo está relacionado entre sí.
No se lo que significa, pero tiene que ser la pera. También en MNM “Demuestran que las partículas cuánticas están vinculadas más allá del espacio-tiempo.” ¡¡Toma maroma!! “Más allá del espacio tiempo”.
Vuelvo a no saber lo que es, pero suena a ciencia-ficción que tira para atrás.“
¿Qué opción es más creíble? Pues el consenso actual es aceptar la primera. (…) ¿Qué pasa entonces con la decoherencia colapso de la función de onda? ¿Es realmente instantánea? Pues todo parece indicar que sí.
Sin embargo, ocurre que el colapso de la función de onda no es información en si. No se puede utilizar de ninguna manera para enviar un mensaje al pasado.” Según Daniel, el nuevo artículo “demuestra que el colapso de la función de onda debe [ocurrir a velocidad] infinita.
Si no es infinita, solamente mucho mayor que la velocidad de la luz, sólo manipulando los aparatos de medición podríamos mandar mensajes a velocidad supralumínica, es decir, al pasado.”
La mecánica cuántica (tanto no relativista como relativista) preserva la causalidad (relativista) y no permite la transmisión de señales más rápidas que la luz; esta propiedad se llama teorema de no-signaling, una de cuyas demostraciones más elegantes es de John S. Bell y aparece en su libro “Lo decible lo indecible en mecánica cuántica,” Alianza Universidad. Sin embargo, las correlaciones cuánticas violan la hipótesis de separabilidad, que no se deduce de la teoría de la relatividad, pero que Einstein y otros creían a pies juntillas; es decir, la mecánica cuántica permite que dos sistemas separados espacialmente presenten medidas complementarias incluso si una señal luminosa no tiene tiempo de transmitir la información de uno a otro. La no localidad cuántica no es una propiedad “mágica” y siempre requiere que haya un contexto común a los dos sistemas en liza (que tengan un “origen” común), o que se use un protocolo cuántico de transferencia de contexto (como el teletransporte cuántico), que siempre requiere el envío de cierta información clásica (que se puede enviar como muy rápido a la velocidad de la luz).
La mecánica cuántica viola las desigualdades de Bell (algo demostrado experimentalmente por primera vez por Alain Aspect). Bell demostró que todas las teorías locales de variables ocultas cumplen dichas desigualdades. Obviamente, una cuestión de gran interés para los fundamentos de la física cuántica, propuesta por Popescu y Rohrlich, es la siguiente: ¿Cuál es la teoría de variables ocultas más general, que violando las desigualdades de Bell, preserva el teorema de no-signaling de la mecánica cuántica?
Todavía no se conoce la respuesta, es decir, qué caracteriza a las teorías de variables ocultas no locales “indistinguibles” de la física cuántica, en el sentido del teorema de no-signaling, que es más general de lo que parece, ya que de él se pueden deducir los teoremas de “no clonación,” que los protocolos de cifrado cuántico son seguros y muchas otras propiedades “típicamente cuánticas” de la mecánica cuántica, valga la redundancia;
por cierto, he dicho muchas, pero no todas.
Una manera en la que las teorías no locales de variables ocultas pueden violar las desigualdades de Bell es gracias a la propagación de señales superlumínicas (con una velocidad finita v>c). El artículo de Bancal et al. demuestra que si esta teoría es no separable, entonces no puede ser “indistinguible” de la mecánica cuántica, pues viola el teorema de no-signaling.
Para cualquier velocidad superlumínica finita, la “mecánica cuántica” a la que equivale dicha teoría no local de variables ocultas permite utilizar las correlaciones cuánticas entre sistemas espacialmente separados para una comunicación de información superlumínica, incluso sin necesidad de acceder a los valores de las variables ocultas, solo utilizando protocolos de medida cuántica “estándares” (repito, en la “mecánica cuántica modificada” a la que equivale la teoría no local de variables ocultas, nunca en la mecánica cuántica que usamos los físicos todos los días).
El nuevo teorema de Bancal et al. es muy general, aunque también tiene sus limitaciones. La más importante es que su demostración requiere que la velocidad v de propagación de información entre las variables ocultas de la teoría no local (y separable) sea finita.
En el caso de que v sea infinita, podría ocurrir, o no, que el teorema de
no-signaling fuera preservado por la correspondiente teoría no local de variables ocultas (separable).
Futuras investigaciones tendrán que decidir esta interesante cuestión.
Muchos lectores se habrán quedado con la miel en los labios, pues no he discutido en detalle ni la definición técnica de separabilidad,
ni la demostración de Bancal et al.
La verdad, su artículo arXiv:1110.3795 está muy bien escrito y es suficientemente claro como para que cualquier físico pueda entenderlo sin dificultad (siempre y cuando se desenvuelva con soltura con argumentos como los presentados por Bell en su libro “Lo decible y lo indecible…”).
