Evidencias de que los procesos cuánticos generan números aleatorios verdaderos - principal


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Los generadores cuánticos de números aleatorios producen números aleatorios con una aleatoreidad diferente, en cierto grado, de la que generan las computadoras convencionales

Hay un sentimiento creciente en los físicos de que todos los procesos físicos se pueden plantear en términos de la información que éstos almacenan y procesan; y en algunas versiones la información es la unidad básica de existencia en nuestro cosmos. Esta clase de pensamiento tiene implicaciones extraordinarias: significa que la realidad es una especie de cómputo en el que los procesos básicos que están en juego encuentran, simplemente, el camino a través de un vasto y sólido cimiento de información.

Y sin embargo, esto choca contra otro de los grandes retos de la ciencia moderna: comprender la naturaleza de la aleatoriedad. Si bien la información se puede definir como una estructura secuencial y ordenada de símbolos, el azar es lo contrario del orden, la ausencia de un patrón. Una de las características básicas de una aleatoriedad real es que no puede ser generada por una computadora, ya que no sería realmente aleatoria, y esto nos lleva a un jugoso problema.

¿Si todos los procesos físicos del universo son procesos computacionales en marcha, de dónde surge la aleatoriedad? ¿Qué tipo de procesos pueden ser responsables de su creación?

Hasta hace poco, los matemáticos sólo podían estudiar la aleatoriedad generada por clásicos procesos físicos tales como lanzar una moneda o programas de computadora que generan la llamada pseudo-aleatoriedad. Dado que es complicado demostrar imparcialidad en procesos físicos como los lanzamientos de moneda, y son difíciles de manejar, las bestias de carga de los números aleatorios suelen ser programas como Mathematica, que utiliza las interesantes propiedades de los autómatas celulares para lograr secuencias de números pseudoaleatorios. Otro método es, simplemente, elegir una secuencia de los dígitos de un número irracional, como Pi.

Esto parece y se siente como aleatorio, pero dado que se puede computar, los matemáticos lo tratan con escepticismo.

Pero en los últimos años, los científicos han encontrado un nuevo tipo de aleatoriedad que no se puede producir con un programa informático. Se llama aleatoriedad algorítmiica, y es un estándard dorado cuando se trata de ausencia de orden. La nueva fuente de aleatoriedad es el mundo cuántico, y proviene de la explotación de procesos cuánticos tales como si un fotón es transmitida o reflejada por un espejo semiplateado.

Esto tiene que producir secuencias que no se pueden crear en una computadora. Pero estas secuencias ¿son diferentes de una manera mensurable de las producidos por las computadoras?

Esta pregunta fue respondida por Cristian Calude, de la University of Auckland en Nueva Zelanda, y sus colegas. Ellos han obtenido la primera comparación experimental de aleatoriedad generada de diferentes maneras y lo han hecho a gran escala, usando secuencias de una longitiud de 232 de longitud.

Calude y compañía comparan varios tipos de secuencias aleatorias, generadas de diferente manera. Las secuencias vienen de un generador cuántico de números aleatorios llamado Quantis, de otro hecho por físicos de Viena que han explotado procesos cuánticos usando secuencias convencionales generadas por programas de computadora como Mathematica y Maple, y también de secuencias de 232 dígitos de una expansión binaria de pi.

El equipo utilizó cuatro tipos distintos de pruebas para las comparaciones, que caen en cuatro categorías basadas en la teoría algorítmica de la información, pruebas estadísticas que involucran conteos de frecuencia, un test basado en la teoría de la información de Shannon y, finalmente, una prueba basada en caminos aleatorios.

Los resultados muestran que las secuencias generadas por Quantis son fácilmente distinguibles de los demás grupos de datos. Esto, dicen Calude y sus compañeros, evidencia que la aleatoriedad cuántica es, de hecho, no computable. Esto implica que no puede ser generada por una computadora.

Significativamente, dejan sin respuesta la pregunta de cuán convincente es esta evidencia que han reunido, y en cambio señalan, con alguna profundidad, que es imposible probar la aleatoriedad absoluta.

Pese a todo, si se toma en consideración esta evidencia, nos deja un dilema conceptual significativo. Por un lado, muestra que Quantis produce secuencias de números aleatorios que no se pueden generar con una computadora. Y por el otro, Quantis es una máquina que debe trabajar manipulando información de la manera que le permiten las leyes de la Física, así que debe ser algo parecido a una computadora.

Esta contradicción sólo puede significar que hay algo equivocado en la forma en que pensamos sobre la aleatoriedad ,o la información, o ambas (o al menos en la manera en la que se han planteado aquí).

Por supuesto, la respuesta debe estar en la naturaleza de la información en el mundo cuántico. Es bastante fácil definir la información de manera clásica como una secuencia ordenada de símbolos. Pero esta definición se desmorona en cuanto esos símbolos son de naturaleza cuántica.

Si cada bit puede ser 1 y 0 al mismo tiempo, ¿qué significa en esto una secuencia ordenada? De la misma manera ¿cómo se ve la ausencia de orden en una secuencia cuántica así?

La naturaleza de nuestro universo parece burlarse de la respuesta de esas preguntas.

Referencia de publicación: arxiv.org/abs/1004.1521: Experimental Evidence of Quantum Randomness Incomputability

Fuente: Technology Review. Aportado por Eduardo J. Carletti

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