«El mundo de los fenómenos cuánticos está lleno de paradojas incomprensibles para la intuición humana e inexplicables para la física clásica».

Con la ayuda de modelos teóricos simples, es posible construir sistemas que funcionen estrictamente de acuerdo con las reglas de la física clásica, pero reproduciendo fielmente las predicciones de la mecánica cuántica para partículas individuales, ¡incluso aquellas que son las más paradójicas! Entonces, ¿cuál es el sello distintivo real del comportamiento cuántico?

El mundo de los fenómenos cuánticos está lleno de paradojas incomprensibles para la intuición humana e inexplicables para la física clásica. Esta es la tesis que casi siempre escuchamos cuando se trata de mecánica cuántica. Aquí hay algunos ejemplos de fenómenos que comúnmente se consideran típicamente cuánticos: un solo electrón genera interferencias detrás de dos rendijas, como si estuvieran pasando a través de ambas al mismo tiempo; partículas que se encuentran en diferentes estados al mismo tiempo, solo para aparecer «mágicamente» en un estado seleccionado en el momento de la observación; mediciones sin interacciones; borrando el pasado mediante un borrador cuántico; o finalmente, la no localidad, que da la impresión de que las partículas enmarañadas están interactuando de inmediato en cualquier distancia larga. ¿Pero todos estos fenómenos necesariamente tienen que ser puramente cuánticos?

En un artículo recientemente publicado, el Dr. Pawel Blasiak, del Institute of Nuclear Physics of the Polish Academy of Sciences (IFJ PAN) en Cracovia, mostró cómo construir, a partir de los componentes básicos de la física clásica, sistemas interferométricos ópticos ampliamente conocidos. Reproduciendo fielmente las predicciones más extrañas de cuanto para partículas individuales, el modelo presentado nos ayuda a comprender mejor por qué se necesita la mecánica cuántica y lo que realmente nos dice acerca de nuestra realidad circundante que es nueva. Si un efecto cuántico tiene una explicación clásica simple, uno no debe buscar ningún secreto en particular. La publicación indica claramente el límite a partir del cual la teoría cuántica se vuelve esencial: la verdadera «magia» cuántica solo comienza con múltiples partículas.

El Dr. Blasiak dijo en un comunicado:

Hay mucha controversia en torno a la mecánica cuántica. Es tan fuerte que incluso hoy, cuando esta teoría tiene casi cien años, la mayoría de los físicos prefieren usarla, evitando preguntas incómodas sobre la interpretación. Nuestros problemas aquí se deben al hecho de que hemos sido demasiado decididos. Anteriormente, en primer lugar observaríamos ciertos fenómenos y, para explicarlos, construiríamos un aparato matemático sobre la base de una intuición física bien establecida.

En el caso de la mecánica cuántica, sucedió lo contrario: de solo unas pocas pistas experimentales hemos adivinado un formalismo matemático altamente abstracto que describe muy bien los resultados de las mediciones de laboratorio, pero no tenemos una idea de lo que es la realidad física”.

Richard Feynman, el destacado físico estadounidense, estaba profundamente convencido de que un fenómeno absolutamente imposible de explicar por la física clásica es la interferencia cuántica, responsable, entre otras cosas, de las franjas visibles detrás de dos rendijas a través de las cuales pasa un solo objeto cuántico. Erwin Schrödinger, uno de los padres de la mecánica cuántica, tenía un favorito diferente: el entrelazamiento cuántico, que puede unir a distancia las características de dos o más partículas cuánticas.

Un gran grupo de físicos todavía se pregunta hasta qué punto estos fenómenos no intuitivos de la mecánica cuántica son simplemente el resultado de nuestras limitaciones cognitivas, es decir, las formas en que estudiamos el mundo. No la naturaleza, pero nuestra falta de conocimiento completo sobre el sistema causaría que los fenómenos observados adquieran las características de un exotismo inexplicable. Este tipo de enfoque es un intento de considerar la mecánica cuántica como una teoría con una ontología bien definida, lo que lleva a la pregunta de qué es lo que realmente distingue a la teoría cuántica de las teorías clásicas.

El artículo científico demostró los principios de construcción de modelos de cualquier sistema óptico complejo construido de elementos que funcionen de acuerdo con los principios de la física clásica con la adición de ciertas variables locales ocultas, a las que solo tenemos acceso indirecto.

Blasiak demostró que para partículas individuales, el modelo presentado reproduce fielmente todos los fenómenos comúnmente considerados como un signo obvio de comportamiento cuántico, incluido el colapso de la función de onda, la interferencia cuántica y la contextualidad. Además, las analogías clásicas de estos fenómenos resultan ser bastante simples. Sin embargo, este modelo no puede reproducir los rasgos característicos del entrelazamiento cuántico, cuya aparición requiere al menos dos partículas cuánticas. Esto parece indicar que el entrelazamiento y la no localidad asociada pueden ser una propiedad más fundamental del mundo cuántico que la interferencia cuántica.

Blasiak agrega:

Este tipo de enfoque nos permite evitar la terrible práctica de las respuestas evasivas y agitar las manos en discusiones sobre los fundamentos y la interpretación de la mecánica cuántica. Tenemos las herramientas para formular tales preguntas y resolverlas con precisión. El modelo construido tiene como objetivo mostrar que los modelos ontológicos con acceso limitado a la información tienen al menos la posibilidad potencial de explicar la mayoría de los fenómenos cuánticos exóticos dentro de la física clásica ampliamente entendida. El único misterio cuántico real que quedaría sería el entrelazamiento cuántico”.

El entrelazamiento cuántico llega al núcleo de la mecánica cuántica, indicando ese «algo» que obliga a apartarse de la realidad entendida clásicamente y cambia el límite del misterio hacia fenómenos de múltiples partículas. Resulta que los efectos cuánticos para partículas individuales pueden reproducirse con éxito dentro de modelos ontológicos clásicos (es decir, locales) con acceso limitado a la información. Entonces, si dejamos de lado los fenómenos de múltiples partículas, básicamente podríamos prescindir de la mecánica cuántica y su no localidad «espeluznante». El modelo local descrito, que reproduce fenómenos cuánticos para una sola partícula, define muy claramente el límite a partir del cual las afirmaciones relativas a la no localidad pierden su legitimidad.

Entonces, ¿Feynman o Schrödinger? Schrödinger parece haber llegado al corazón de la mecánica cuántica. Pero el ganador silencioso podría ser … Albert Einstein, quien nunca estuvo satisfecho con la interpretación comúnmente aceptada de la mecánica cuántica. Sin sus preguntas obstinadas, hoy no tendríamos el teorema de Bell ni el campo de la información cuántica.

Blasiak concluye:

Es por eso que la investigación sobre los fundamentos de la mecánica cuántica es tan fascinante. Desde preguntas recurrentes sobre la naturaleza de nuestra realidad hasta la esencia del comportamiento cuántico real, a la que le debemos la ventaja que tienen las tecnologías cuánticas sobre sus equivalentes clásicos”.

El estudio científico ha sido publicado en Physical Review A.