¿Crees que es posible vaciar una cuenta bancaria sin dejar rastro y sin que el saldo cambie? Este tipo de "robo perfecto" existe y podría pasar a la lista de los más sonados de la historia. Pero no en el mundo financiero, sino en el extraño universo de la física cuántica. Al menos de forma teórica, así que el Banco de España puede respirar. Por el momento. Un grupo de físicos ha descrito un fenómeno llamado "malversación cuántica" (Quantum Embezzlement), una forma de aprovechar el entrelazamiento de partículas subatómicas sin afectar el sistema original. Este descubrimiento, realizado por investigadores de la Universidad Leibniz en Alemania, revela un lado intrigante y poco conocido de las leyes cuánticas.
El estudio, publicado recientemente, sugiere que ciertas propiedades matemáticas de los campos cuánticos permiten "extraer" entrelazamiento de manera casi indetectable. Los científicos han comparado este proceso con un "crimen perfecto" que se realiza sin perturbar el sistema base. Pero, ¿qué significa esto realmente y por qué es tan importante? Para entenderlo, primero debemos recordar qué es el entrelazamiento cuántico y por qué juega un papel tan fundamental en la física moderna.
¿Qué es el entrelazamiento cuántico y por qué importa?
El entrelazamiento cuántico es una de las propiedades más fascinantes y desconcertantes de la mecánica cuántica. Se refiere a la conexión especial entre dos partículas, de modo que, aunque estén separadas por grandes distancias, las acciones que se realicen sobre una de ellas afectarán inmediatamente a la otra. Albert Einstein diría que se trata de una "acción fantasmagórica a distancia", pues parece desafiar las leyes clásicas de la física.
Esta propiedad es mucho más que una curiosidad científica. Es la base de tecnologías como la computación cuántica y la criptografía cuántica, donde el entrelazamiento permite realizar cálculos extremadamente rápidos y comunicaciones imposibles de hackear. Sin embargo, el entrelazamiento es un recurso frágil: al intentar manipularlo, puede perderse fácilmente. Esto plantea una pregunta interesante: ¿es posible usarlo sin degradarlo? Aquí es donde entra en juego la "malversación cuántica".
El concepto de la malversación cuántica
En el artículo, los investigadores Lauritz van Luijk y sus colegas explican cómo es posible "malversar" entrelazamiento cuántico de un sistema auxiliar sin que este sufra cambios detectables. En otras palabras, el sistema original (llamado "el embezzler" o malversador) actúa como un banco que "presta" entrelazamiento sin perderlo. Los físicos describen esto como un proceso casi perfecto, en el que la cantidad de entrelazamiento extraído puede ser enorme, incluso infinita, dependiendo del sistema utilizado.
Matemáticamente, este fenómeno está relacionado con estructuras conocidas como álgebras de von Neumann, que permiten clasificar sistemas cuánticos según su capacidad para almacenar y manipular entrelazamiento. Las investigaciones recientes han demostrado que los campos cuánticos relativistas, como los que describen el vacío del espacio-tiempo, son "malversadores universales". Esto significa que pueden ofrecer un suministro ilimitado de entrelazamiento sin ser alterados.
¿Cómo funciona la malversación cuántica?
Para entender este proceso, es importante saber que el entrelazamiento cuántico se puede medir y manipular mediante operaciones locales en sistemas distribuidos. En el caso de la malversación, se realizan operaciones matemáticas complejas que "extraen" estados entrelazados sin alterar significativamente el estado original del sistema base. Como resultado, es casi imposible detectar si el entrelazamiento ha sido utilizado.
Un ejemplo sencillo sería imaginar un sistema donde dos partículas están entrelazadas y un tercer sistema auxiliar actúa como un intermediario. Este sistema auxiliar puede entregar entrelazamiento a las partículas originales, pero sigue funcionando como si nada hubiera pasado. Es este equilibrio perfecto lo que los científicos han llamado un "crimen perfecto" en el ámbito cuántico, ya que no hay forma de rastrear el cambio.
Los experimentos teóricos también han demostrado que este fenómeno se vuelve más eficiente en sistemas infinitos, como los descritos en la teoría cuántica de campos relativista. En este contexto, el vacío cuántico –una especie de estado base del universo– contiene una cantidad infinita de entrelazamiento que puede ser explotada con técnicas de malversación.
Implicaciones para la física y la tecnología
La idea de que el entrelazamiento cuántico pueda ser "malversado" (embezzled) tiene implicaciones profundas. Por un lado, abre nuevas posibilidades para la computación y la comunicación cuánticas. Al contar con un suministro casi infinito de entrelazamiento, sería posible diseñar sistemas que superen las limitaciones actuales de hardware y recursos.
Por otro lado, este descubrimiento plantea preguntas filosóficas importantes sobre la naturaleza misma del universo. Si el vacío cuántico contiene una cantidad infinita de entrelazamiento, ¿qué implica esto para nuestra comprensión del espacio-tiempo? Algunos físicos sugieren que este entrelazamiento podría ser la base de la estructura del universo, uniendo partículas y regiones del espacio de formas que apenas comenzamos a comprender.
Por otra lado, se han planteado dudas sobre cómo la malversación cuántica interactuaría con la gravedad. Estudios recientes sugieren que, en presencia de campos gravitatorios intensos, como los que existen cerca de un agujero negro, la capacidad de malversar entrelazamiento podría desaparecer. Esto indica que la gravedad y la mecánica cuántica tienen límites aún por explorar.
El futuro de la malversación cuántica y su lado positivo
A pesar de que este fenómeno parece prometedor, su aplicación práctica sigue siendo un desafío. Afortunadamente. Hasta ahora, la malversación cuántica es un concepto teórico que depende de modelos matemáticos altamente ideales. Sin embargo, los investigadores esperan que, al comprender mejor las propiedades del vacío cuántico y las álgebras de von Neumann, podamos encontrar formas de implementarlo en experimentos reales.
Un posible camino sería utilizar sistemas físicos como cadenas de espines o condensados cuánticos, donde las propiedades del entrelazamiento ya se han demostrado en laboratorio. Estas aplicaciones no solo prometen mejoras significativas en tecnologías como la computación y la comunicación cuántica, sino que también podrían redefinir áreas como la seguridad informática y la simulación de sistemas complejos.
Por último, estas investigaciones ofrecen una nueva ventana para estudiar las conexiones entre la física cuántica y la relatividad, lo que sería una ayuda para entender mejor los fundamentos del universo y a desarrollar herramientas que podrían transformar nuestra forma de interactuar con la realidad a nivel cuántico.
Referencias
- Van Luijk, L., Stottmeister, A., Werner, R. F., & Wilming, H. (2024). Embezzlement of entanglement, quantum fields, and the classification of von Neumann algebras. Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.32073Yd2G1416384.
