¿Puede el futuro afectar el pasado?

Lo que hagas hoy podría afectar lo que pasó ayer; esta es la increíble conclusión de un experimento mental de física cuántica, descrito en un artículo publicado por Yakir Aharonov y sus colegas de la Universidad de Tel Aviv, en Israel

Suena imposible, como que puede estar violando uno de los principios más preciados de la ciencia —la causalidad—, pero los investigadores dicen que las reglas del mundo cuántico conspiran para preservar la causalidad al «ocultar» la influencia de las elecciones futuras hasta que esas decisiones se hayan realizado efectivamente.

Ocupando el centro de esta idea está el fenómeno cuántico de «no localidad», en el que dos o más partículas existen en estados interrelacionados o «entrelazados» que permanecen indeterminados hasta que se efectúe una medición en uno de ellos. Una vez que se lleva a cabo una medición, al instante queda fijado el estado de la otra partícula, también, sin importar lo lejos que puedan estar. Albert Einstein señaló esta «acción a distancia» en 1935, cuando argumentaba que la teoría cuántica debía estar incompleta. Los experimentos modernos han confirmado que esta acción es instantánea, es, de hecho, una realidad, y ahora resulta clave para llevar las tecnologías cuánticas a la práctica, como la computación cuántica y la criptografía.

Aharonov y sus colaboradores describen un experimento para un grupo grande de partículas entrelazadas. Y afirman que, bajo ciertas condiciones, se puede demostrar que la elección del experimentador en la medición de los estados de las partículas afecta los estados que tenían las partículas en un tiempo anterior, cuando se hizo una medición muy imprecisa. En efecto, la anterior medición «imprecisa» anticipa la elección hecha en la posterior medición «en firme».

4D en lugar de 3D

Este trabajo se basa en una forma de pensar acerca del entrelazamiento llamada «two-state vector formalism» (TSVF), formalismo vectorial de dos estados, propuesto por Aharonov hace tres décadas. La TSVF considera las correlaciones entre las partículas en un espacio-tiempo 4D, en lugar de un espacio 3D. «En tres dimensiones parece que existe alguna influencia milagrosa entre las dos partículas distantes», dice el colega de Aharonov, Avshalom Elitzur, del Instituto de Ciencia Weizmann en Rehovot, Israel. «Tomado el espacio-tiempo como un todo, es una interacción continua que se extiende entre los eventos pasados y futuros.»

Aharonov y su equipo han descubierto ahora una notable implicación de la TSVF que incide sobre la cuestión de en qué estado está una partícula entre dos mediciones, una versión cuántica del famoso acertijo de Einstein sobre cómo podemos estar seguros de que la Luna está ahí sin mirar hacia ella. ¿Cómo podemos averiguar algo acerca de las partículas sin medirlas? La TSVF muestra que es posible llegar a esa información intermedia, haciendo mediciones suficientemente «débiles» de un montón de partículas entrelazadas preparadas de la misma manera y calculando un promedio estadístico.

Medidas débiles

La teoría de la medición débil —propuesta por primera vez y desarrollada por Aharonov y su grupo en 1988—, establece que es posible medir un sistema cuántico «suavemente», o «débilmente», y obtener alguna información acerca de una propiedad (digamos, la posición) sin una alteración apreciable de la propiedad complementaria (momento), y por lo tanto, de la evolución futura del sistema. Aunque la cantidad de información obtenida por cada medición es muy pequeña, el promedio de múltiples mediciones nos da una estimación precisa de la medición de una propiedad sin distorsionar su valor final.

Cada medición débil puede decirnos algo acerca de las probabilidades de diferentes estados (el valor de espín arriba o abajo, por ejemplo), aunque con un montón de errores, sin colapsar realmente a las partículas en estados definidos, como sucedería con una medida firme. «Una medida débil cambia edos cosas: el estado que se ha medido, y también informa sobre el estado localizado que resulta», aclara Elitzur. «Pero esto hace ambas tareas muy flojamente, y el cambio que ocasiona en el sistema es más débil que la información que ofrece.»

Como resultado, explica Elitzur, «cada una medición débil, en sí misma, no nos dice casi nada. Las mediciones proveen resultados fiables sólo después de sumarlas todas. Entonces, los errores se cancelan, y se puede extraer alguna información sobre el conjunto como un todo.»

En el experimento mental de los investigadores, los resultados de estas mediciones débiles coinciden con las medidas posteriores más fuertes, en las que el experimentador elige libremente la orientación del espín a medir, a pesar de que los estados de las partículas están todavía por determinar tras las mediciones débiles. Lo que significa, explica Elitzur, que dentro de la TSVF «una partícula entre dos mediciones posee los dos estados indicados por ambos, el pasado y el futuro».

La naturaleza es borrosa

El problema es que, solamente añadiendo la información subsiguiente desde las mediciones firmes se puede revelar lo que las mediciones débiles estaban diciendo «en realidad». La información ya estaba allí, pero encriptada, y sólo es expuesta en retrospectiva. Así que la causalidad se conserva, aunque no exactamente como normalmente lo conocemos. No está claro por qué existe esta censura, salvo desde una perspectiva casi metafísica. «Se sabe que la naturaleza es quisqiellosa sobre que nunca aparezcan inconsistencias», dijo Elitzur. «Así que no va a apreciar una causalidad abierta hacia atrás; la gente mata a sus abuelos, y así sucesivamente.»

Elitzur dice que algunos especialistas en óptica cuántica han expresado su interés en realizar el experimento en el laboratorio, y él piensa que no debería ser más difícil que estudios anteriores de entrelazamiento.

Charles Bennett de IBM’s T. J. Watson Research Center en Yorktown Heights, Nueva York, que es un especialista en la teoría de información cuántica, no está muy convencido. Él ve la TSVF solamente como una manera de ver resultados, y cree que los resultados pueden ser interpretados sin ninguna «relación de causalidad hacia atrás» aparente, por lo que los autores están erigiendo un hombre de paja. «Para hacer que su hombre de paja parezca más fuerte, utilizan un lenguaje que oscurece la diferencia crucial entre la comunicación y la relación», señala. Y añade que es como un experimento de criptografía cuántica en el que el emisor envía al receptor la clave de descifrado antes de enviar (o incluso decidir sobre) el mensaje, y luego afirma que la clave es de alguna manera una «anticipación» del mensaje.

Sin embargo, Aharonov y sus colegas, sospechan que sus hallazgos podrían tener incluso consecuencias para el libre albedrío. «Nuestro grupo sigue estando algo dividido sobre estas cuestiones filosóficas», dice Elitzur. Según ve Aharonov, la discusión «es algo talmúdica: todo lo que vamos a hacer ya lo conoce Dios, pero tú todavía tienes la elección.»

Una pre-impresión de la obra está disponible en el servidor arXiv.

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información: