No es ninguna extravagancia decir que la historia se va reescribiendo a medida que transcurren los a\u00f1os. Principalmente, a causa de nuevos hallazgos o an\u00e1lisis que complementan o cambian las narraciones vigentes, pero tambi\u00e9n \u2015y eso es m\u00e1s interesante\u2015 de las transformaciones que sufren las perspectivas contempor\u00e1neas. As\u00ed pues, los acontecimientos futuros, de una lado, y la mirada, de la otra, alteran la historia. Nos dirigen la atenci\u00f3n hacia episodios pasados que de lo contrario habr\u00edan parecido intranscendentes o que, incluso, habr\u00edan quedado invisibles.<\/p>\n\n\n\n
En la historia de la ciencia, este proceso es conocido, estudiado y temido al mismo tiempo. Una visi\u00f3n presentista es la que juzga los hechos pasados exclusivamente a partir de los valores actuales. Evitarla comporta que cuando se empieza una investigaci\u00f3n, hay que intentar entender los casos de estudio en su propio contexto, m\u00e1s all\u00e1 de sus vicisitudes posteriores. Pero, claro est\u00e1, el \u00e9xito subsiguiente de una t\u00e9cnica o la confirmaci\u00f3n generalizada de una teor\u00eda cambia a menudo la percepci\u00f3n de sus or\u00edgenes, particularmente en relaci\u00f3n con las otras t\u00e9cnicas y teor\u00edas con que entraron en competencia. La historia, como es sabido, la escriben sobre todo los vencedores.<\/p>\n\n\n\n
En el \u00e1mbito m\u00e1s concreto de la historia de la teor\u00eda cu\u00e1ntica, el auge de la computaci\u00f3n asociada y de toda la ciencia merecedora del Premio Nobel de F\u00edsica del 2022 nos permite asistir a una de estas transformaciones. Episodios que hasta hace unos a\u00f1os no formaban parte esencial de la historia can\u00f3nica de la disciplina, hoy se convierten en parte prominente.<\/p>\n\n\n\n
\nLa historia se va reescribiendo a medida que transcurren los a\u00f1os, a causa de nuevos hallazgos que complementan o cambian las narraciones vigentes, pero tambi\u00e9n de las transformaciones de las perspectivas contempor\u00e1neas<\/p>\n\n\n\n
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\nEn una entrevista que podemos encontrar en el sitio web de la Fundaci\u00f3n Nobel, el profesor Thors Hans Hansson, miembro de la Academia Sueca, explica \u2015refiri\u00e9ndose a la concesi\u00f3n del premio del 2022\u2015 como la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica muestra \u201clo que realmente significa la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica\u201d. [1]<\/a>1 \u2014 Consultar la entrevista entera en la web de la Fundaci\u00f3n Nobel, en el enlace ja.cat\/NoblePrizePhysics2022\n<\/span><\/span> No es una frase que tenga que pasar desapercibida. Imre Lakatos argumentaba que la diferencia principal entre su manera de entender el progreso cient\u00edfico y la de Karl Popper consist\u00eda en qu\u00e9, para este \u00faltimo, antes de que una teor\u00eda haya sido refutada, nunca podremos saber c\u00f3mo habr\u00e1 que modificarla; para Lakatos, en cambio, antes de que una teor\u00eda se haya modificado, nunca podremos saber en qu\u00e9 sentido se ha refutado. [2]<\/a>2 \u2014 Lakatos, I. (1974). The role of crucial experiments in science: Studies in History and Philosophy of Science, n\u00fam. 4, p. 309-325.\n<\/span><\/span> Seg\u00fan eso, en el caso que nos ocupa, los \u00faltimos desarrollos nos indican con m\u00e1s precisi\u00f3n donde fracasaba la teor\u00eda cl\u00e1sica.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
La segunda revoluci\u00f3n cu\u00e1ntica (1970-2022)<\/h5>\n\n\n\n
Ya al inicio del siglo XXI se empez\u00f3 a hablar de la segunda revoluci\u00f3n cu\u00e1ntica, en referencia a los avances tecnol\u00f3gicos que permit\u00edan intuir la computaci\u00f3n y la simulaci\u00f3n cu\u00e1nticas. La primera revoluci\u00f3n hab\u00eda sido la conceptual, y tuvo lugar cien a\u00f1os antes. Nosotros nos fijaremos en las implicaciones conceptuales de la segunda sobre la primera.<\/p>\n\n\n\n
John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger se han llevado el premio por su ingenio y su praxis experimental, que ha ido eliminado las famosas lagunas (loopholes<\/em>) de los montajes que buscan la evidencia emp\u00edrica del entrelazamiento. Poco a poco han ido arrinconando las grietas, los vac\u00edos que podr\u00edan poner en entredicho la confirmaci\u00f3n de esta propiedad \u2015el entrelazamiento\u2015 que hoy simboliza la esencia del reino cu\u00e1ntico. Han comprobado que la medida en uno de los subsistemas afecta, instant\u00e1neamente, al estado del otro subsistema con el cual estaba entrelazado antes de la medida. Desde los primeros experimentos rudimentarios con fotones provenientes de cascadas de desexcitaciones at\u00f3micas, a finales de la d\u00e9cada de los sesenta, hasta los montajes actuales que contienen varios fotones e incluso elementos masivos, el protagonista destacado, la soluci\u00f3n que se quer\u00eda detectar e iluminar, era el entrelazamiento. Por el gran inter\u00e9s que presenta en cuestiones como la encriptaci\u00f3n, pero sobre todo porque es una propiedad distintiva y fascinante que poseen los objetos de la naturaleza en escalas at\u00f3micas y que fuerza a considerar v\u00ednculos instant\u00e1neos entre objetos distantes.<\/p>\n\n\n\n
\u00bfDesde cu\u00e1ndo esta propiedad ha adquirido este car\u00e1cter central en la f\u00edsica moderna? [3]<\/a>3 \u2014 Para una narraci\u00f3n completa de esta historia (hasta el 2005), consultar Gilder, L. (2008). The age of entanglement: When quantum physics was reborne. Nueva York: Alfred Knopf.\n<\/span><\/span> Seguimos tirando hacia atr\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n
Desigualdades y contracultura (1964-1970)<\/h5>\n\n\n\n
Despu\u00e9s de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), la investigaci\u00f3n en f\u00edsica experiment\u00f3 un fuerte impulso. El n\u00famero de estudiantes de f\u00edsica aument\u00f3 notablemente, especialmente en Estados Unidos (los pa\u00edses europeos tardaron unos a\u00f1os en recuperarse). Este impulso, como es l\u00f3gico, no fue desinteresado, y estaba dirigido sobre todo a acelerar la evoluci\u00f3n de las aplicaciones t\u00e9cnicas. El bagaje de la nueva hornada en disciplinas de cariz m\u00e1s human\u00edstico, como la filosof\u00eda, decay\u00f3 de manera estimable si lo comparamos con las disciplinas cient\u00edficas del primer tercio del siglo xx.<\/p>\n\n\n\n
A nivel docente, el nuevo talante y la cantidad de alumnos en las aulas cambi\u00f3 sustancialmente los contenidos y las metodolog\u00edas, y se dio m\u00e1s peso a los c\u00e1lculos y menos a las cuestiones conceptuales. Este nuevo panorama se sintetiza frecuentemente con la f\u00f3rmula \u201cshut up and calculate\u201d (\u2018calla y calcula\u2019): hace falta dejar de lado el debate sobre los cimientos y centrarse en los c\u00e1lculos. Para los gobernantes, la rivalidad tecnol\u00f3gica con el bloque comunista aconsejaba y reforzaba este planteamiento.<\/p>\n\n\n\n
David Kayser ha argumentado, de forma convincente, que los movimientos contestatarios de finales de la d\u00e9cada de los sesenta quedaron reflejados, en el \u00e1mbito de la f\u00edsica, en un grupo de j\u00f3venes que, a principios de la d\u00e9cada de los setenta, se negaron a asumir esta tendencia y reivindicaron y recuperaron el debate sobre la interpretaci\u00f3n de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. [4]<\/a>4 \u2014 Kayser, D. (2011). How the hippies saved physics: Science, counterculture and quantum revival. Nueva York: Norton & Company.\n<\/span><\/span> En m\u00e1s de una universidad de California se crearon grup\u00fasculos de f\u00edsicos que cuestionaban la llamada interpretaci\u00f3n de Copenhague<\/em> (esta manera de referirse a la ortodoxia cu\u00e1ntica se hab\u00eda establecido s\u00f3lo un par de d\u00e9cadas antes, precisamente por oposici\u00f3n a las teor\u00edas alternativas) e intentaron establecer v\u00ednculos con ense\u00f1anzas de religiones orientales y fen\u00f3menos ps\u00edquicos como la telepat\u00eda. Afrontaron las discusiones sobre el significado de la teor\u00eda cu\u00e1ntica centr\u00e1ndose, sobre todo, en el teorema de Bell.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\nEl entrelazamiento simboliza la esencia del reino cu\u00e1ntico, por el gran inter\u00e9s que presenta en cuestiones como la encriptaci\u00f3n, pero sobre todo porque es una propiedad fascinante de los objetos de la naturaleza a escalas at\u00f3micas que fuerza a considerar v\u00ednculos instant\u00e1neos entre objetos distantes<\/p>\n<\/blockquote>\n<\/div>\n\n\n\n
\nJohn S. Bell hab\u00eda publicado, en 1964, un teorema que permit\u00eda distinguir experimentalmente si un sistema perfectamente descrito por la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica se pod\u00eda someter a una descripci\u00f3n causal o no. Seg\u00fan la teor\u00eda cu\u00e1ntica, en los sistemas entrelazados las partes no tienen par\u00e1metros definidos hasta que no se produce la separaci\u00f3n a trav\u00e9s de una medida. Y, cuando esta se produce, la determinaci\u00f3n de los par\u00e1metros es inmediata en todos los subsistemas. Bell encontr\u00f3 una manera de evaluar en el laboratorio si estos par\u00e1metros estaban fijados antes de la medida (aunque los experimentadores desconocieran los valores), o si (c\u00f3mo prescrib\u00eda la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica) s\u00f3lo se determinaban en el preciso momento de medirlos. F\u00edsico te\u00f3rico de profesi\u00f3n, Bell tuvo que preparar y discutir esta contribuci\u00f3n al margen de sus horas de trabajo. Entonces, muchos f\u00edsicos (y editores de revistas) consideraban que estas cuestiones no entraban propiamente en el \u00e1mbito de la f\u00edsica. El entrelazamiento estaba lejos de representar \u201clo que realmente significa la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica\u201d.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
Guerra fr\u00eda y causalidad oculta (1945-1964)<\/h5>\n\n\n\n
Una v\u00edctima de la guerra fr\u00eda, el norteamericano David Bohm, ya hab\u00eda sufrido este menosprecio al inicio de su carrera, junto con un exilio forzado de Estados Unidos, en 1949, por sus ideas comunistas. Pero fueron sus contribuciones las que despertaron la curiosidad de Bell. Bohm hab\u00eda hecho un doctorado que conten\u00eda material clasificado, por su relaci\u00f3n con el proyecto Manhattan. La pol\u00edtica y la f\u00edsica, en su caso, iban de la mano: el materialismo dial\u00e9ctico fundamentaba el realismo y el determinismo de sus ideas. O sea, nada m\u00e1s lejos de los hippies<\/em>. Cuando Bohm abandon\u00f3 el comunismo, tambi\u00e9n desisti\u00f3 de la explicaci\u00f3n causal e, incluso, hizo alguna propuesta que ten\u00eda en cuenta el papel de la conciencia en la nueva f\u00edsica, espoleado por su relaci\u00f3n con el pensador oriental Jidu Krisnamurti (\u201cel observador es el observado\u201d), ahora s\u00ed en la l\u00ednea de los j\u00f3venes que reanudaron sus reflexiones a principios de los a\u00f1os setenta. [5]<\/a>5 \u2014 Freire, O. (2015). The quantum dissidents: Rebuilding the foundations of quantum mechanics (1950-1990). Heidelberg: Springer.\n<\/span><\/span><\/p>\n\n\n\n
Bohm no hab\u00eda aceptado de manera acr\u00edtica la interpretaci\u00f3n ortodoxa de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y formul\u00f3, en 1952, una teor\u00eda causal que reproduc\u00eda resultados conocidos de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Y es que la aleatoriedad de los procesos elementales, es decir, la imposibilidad de hacer una teor\u00eda at\u00f3mica completamente determinista, era entonces el rasgo m\u00e1s pol\u00e9mico. Cabe decir que ni Albert Einstein ni Erwin Schr\u00f6dinger, dos ilustres disidentes, estuvieron muy interesados en esta propuesta, pero es indudable que los trabajos de Bohm contribuyeron de manera distinguida a poner en el centro del debate problemas como el de la medida o la posibilidad de dise\u00f1ar una teor\u00eda determinista, en contra de lo que se pensaba y de lo que un teorema de John von Neumann hab\u00eda descartado prematuramente en 1932. Bohm recibi\u00f3 m\u00e1s reconocimiento al final de su vida (muri\u00f3 en 1992), cuando los temas que hab\u00eda tocado se iban convirtiendo progresivamente en temas primordiales a causa de las transformaciones sociales, pol\u00edticas y tecnol\u00f3gicas.<\/p>\n\n\n\n
Este episodio ilustra maravillosamente la fecundidad de la controversia y el debate en ciencia. Aunque Bohm no consigui\u00f3 triunfar en la construcci\u00f3n de una teor\u00eda alternativa, su aportaci\u00f3n para poner en el centro de la discusi\u00f3n la posibilidad de elaborar una, de plantear qu\u00e9 quiere decir medir y de considerar seriamente la no localidad, fue primordial. La teor\u00eda del cal\u00f3rico del siglo XVIII o el \u00e9ter del siglo XIX son ideas que tuvieron relevancia en el surgimiento de nuevas teor\u00edas (termodin\u00e1mica o relatividad), y no se tienen que borrar de la historia de la f\u00edsica, ni se tienen que explicar como episodios anecd\u00f3ticos. Muchas de sus caracter\u00edsticas han dejado huella en la forma final de las teor\u00edas actuales. Eso es aplicable a las ideas de Bohm y al lugar que hoy ocupan las desigualdades de Bell.<\/p>\n\n\n\n
La incertidumbre de la realidad y los primeros disidentes (1925-1945)<\/h5>\n\n\n\n
Continuando con las retrogradaciones, nos chocamos ahora con un escollo ya anunciado: la Segunda Guerra Mundial, tiempos dif\u00edciles para los disidentes. En los a\u00f1os inmediatamente previos, pr\u00e1cticamente s\u00f3lo hubo investigaci\u00f3n cu\u00e1ntica aplicada a la f\u00edsica nuclear. El debate sobre los fundamentos se extingui\u00f3. No obstante, no tardaron en llegar los primeros s\u00edntomas de desencanto en relaci\u00f3n a la interpretaci\u00f3n hegem\u00f3nica que hab\u00eda quedado establecida despu\u00e9s de las discusiones fundacionales de la d\u00e9cada de los a\u00f1os veinte. Fue entonces cuando el concepto de entrelazamiento, ausente en los primeros debates, irrumpi\u00f3 en escena. Eso s\u00ed, sin ser el personaje principal.<\/p>\n\n\n\n
En efecto, despu\u00e9s de un acuerdo m\u00e1s o menos consensuado en oto\u00f1o de 1927 (cu\u00e1ndo simb\u00f3licamente se cierra la cuesti\u00f3n en la quinta conferencia Solvay), a principios de la d\u00e9cada siguiente empezaron a surgir las voces cr\u00edticas. Sin duda, los art\u00edculos m\u00e1s importantes en este sentido son los de Albert Einstein, Boris Podolski y Nathan Rosen, y el de Erwin Schr\u00f6dinger, ambos de 1935. Son dos contribuciones relacionadas porque el art\u00edculo de Einstein, Podolski y Rosen anim\u00f3 a Schr\u00f6dinger a publicar su an\u00e1lisis cr\u00edtico del estado de la teor\u00eda cu\u00e1ntica. \u00c9l lo llam\u00f3 \u201cconfesi\u00f3n\u201d.<\/p>\n\n\n\n
Einstein, Podolski y Rosen hab\u00edan ideado un experimento mental que permit\u00eda obtener magnitudes de un subsistema midiendo otro. Una forma ingeniosa de dotar de realidad propiedades pretendidamente excluidas de la teor\u00eda por el principio de incertidumbre. De esta manera, conclu\u00edan que resultaba evidente que la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica no era una teor\u00eda completa. Para los autores, la supresi\u00f3n de variables cl\u00e1sicamente imprescindibles para definir completamente un estado, as\u00ed como la dependencia de esta supresi\u00f3n del tipo de experimento realizado, era el aspecto m\u00e1s turbio de la interpretaci\u00f3n dominante.<\/p>\n\n\n\n
Unos meses despu\u00e9s, Niels Bohr respondi\u00f3 que, en realidad, las variables escogidas por los autores no estaban sometidas a las limitaciones del principio de incertidumbre, y desmont\u00f3 su argumento. Ahora bien, reconoc\u00eda y desarrollaba el punto se\u00f1alado y repensaba el significado del mismo principio de incertidumbre, representante emblem\u00e1tico de la nueva mec\u00e1nica, que hasta entonces se hab\u00eda entendido como una consecuencia f\u00edsica de la perturbaci\u00f3n originada por la medida. [6]<\/a>6 \u2014 Beller, M. (1999). Quantum dialogues: The making of a revolution. Chicago: Chicago University Press.\n<\/span><\/span> Despu\u00e9s de este debate, el entrelazamiento entre subsistemas obligaba a matizar el concepto de perturbaci\u00f3n, porque pod\u00eda afectar instant\u00e1neamente a sistemas distantes.<\/p>\n\n\n\n
Fue en la discusi\u00f3n de Schr\u00f6dinger (anterior a la respuesta de Bohr) donde la palabra entrelazamiento (Verschr\u00e4nkung<\/strong>) fue acu\u00f1ada con el nuevo significado. Schr\u00f6dinger, sin embargo, tambi\u00e9n quiso poner el foco en la superposici\u00f3n de estados ideando la c\u00e9lebre paradoja del gato. Si la superposici\u00f3n de estados posibles tambi\u00e9n era un estado posible, se llegaba a contrasentidos flagrantes (al menos en el \u00e1mbito de los objetos cotidianos). Adem\u00e1s, en otro art\u00edculo del mismo a\u00f1o, llev\u00f3 m\u00e1s all\u00e1 los efectos del entrelazamiento y propuso una manera de modificar el estado de un subsistema a partir de medidas en otro subsistema separado espacialmente del primero; lo que hoy se conoce como quantum steering <\/em>(direcci\u00f3n cu\u00e1ntica) en el contexto de la informaci\u00f3n y la computaci\u00f3n cu\u00e1nticas.<\/p>\n\n\n\n
\n\n\nSchr\u00f6dinger puso el foco en la superposici\u00f3n de estados ideando la c\u00e9lebre paradoja del gato<\/p>\n<\/blockquote>\n<\/div>\n\n\n\n
\nAs\u00ed, el a\u00f1o 1935 ya tenemos el concepto de entrelazamiento definido, diez a\u00f1os despu\u00e9s de la primera formulaci\u00f3n de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica (Werner Heisenberg, 1925). Era una consecuencia llamativa de la teor\u00eda, no su implicaci\u00f3n m\u00e1s significativa. Un punto que para Einstein o Schr\u00f6dinger era lo bastante oscuro para centrar la atenci\u00f3n. Einstein se refiri\u00f3 en alguna ocasi\u00f3n como \u201cspooky action at a distance\u201d (acci\u00f3n fantasmag\u00f3rica a distancia).<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
Unos or\u00edgenes discretos: los saltos cu\u00e1nticos (1900-1925)<\/h5>\n\n\n\n
Llegamos ya al final de la historia, el origen de la teor\u00eda cu\u00e1ntica. \u00bfQu\u00e9 nuevas propiedades de la materia y la radiaci\u00f3n atrajeron la atenci\u00f3n de los primeros f\u00edsicos involucrados?<\/p>\n\n\n\n
Hay argumentos para atribuir el honor del descubrimiento a Max Planck, en 1900, pero tambi\u00e9n a Einstein, en 1905. [7]<\/a>7 \u2014 Duncan, T.; Janssen, M. (2019). Constructing quantum mechanics. Nueva York: Oxford University Press.\n<\/span><\/span> B\u00e1sicamente, la desemejanza radica en dos aspectos: por una parte, la conciencia de la trascendencia del paso que se estaba dando (cuantizar la energ\u00eda); y de la otra, la radicalidad de la cuantizaci\u00f3n propuesta. Einstein defendi\u00f3 que el intercambio energ\u00e9tico entre la luz y la materia ten\u00eda lugar en paquetes, y lo extendi\u00f3 a la constituci\u00f3n lum\u00ednica misma. Planck rest\u00f3 importancia a la cuantizaci\u00f3n, e incluso trat\u00f3 de mitigarla circunscribi\u00e9ndola a la materia y a los procesos de emisi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n