Lo que se hace hoy en día podría afectar lo que pasó ayer — es la conclusión bizarra de un experimento mental de física cuántica descrito en un artículo de pre-impresión realizado por Yakir Aharonov de la Universidad de Tel-Aviv en Israel y sus colegas.
Créditos: conorwithonen.

Suena imposible, de hecho se está 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 "escondiendo" su influencia en las elecciones futuras hasta que esas decisiones han sido efectivamente realizadas.

El corazón de la idea es el fenómeno cuántico de "no localidad", en la que dos o más partículas existen en estados interrelacionados o "enredados" que permanecen sin determinar hasta que se realiza una medición sobre una de ellas. Una vez que la medición se lleva a cabo, el estado de la otra partícula instantáneamente se fija, no importando lo lejos que esté. Albert Einstein fue el primero en señalar esta instantánea "acción a distancia" en 1935, cuando argumentó que esto significaba que la teoría cuántica debería estar incompleta. Experimentos modernos han confirmado que esta acción instantánea es, de hecho, real, y ahora es clave para prácticas de tecnologías cuánticas tales como la computación cuántica y criptografía.

Aharonov y sus colaboradores describieron un experimento para un gran grupo de partículas entrelazadas. Afirman que, en determinadas condiciones, la elección del experimentador de una medición de los estados de las partículas puede ser demostrado que afecta a los estados de las partículas que estaban en en un momento anterior, cuando se realizo una medición débil. En efecto, una medición "débil" anticipa la elección realizada en medición "fuerte".

4D en lugar de 3D


El trabajo se basa en una forma de pensar sobre el entrelazamiento llamado "formalismo de vector de dos estados" (TSVF), que fue propuesto por Aharonov hace tres décadas. TSVF considera las correlaciones entre partículas en el espacio-tiempo 4D en lugar de un espacio 3D. "En tres dimensiones se aprecia una influencia milagrosa entre dos partículas distantes", explica Avshalom Elitzur colega de Aharonov del Instituto Weizmann de Ciencia en Rehovot, Israel. "En el espacio-tiempo como un todo, se trata de una interacción continua que se extiende entre los acontecimientos pasados ​​y futuros."

Aharonov y su equipo han descubierto ahora una implicación notable de TSVF que está relacionada con la cuestión de cuál es el estado de una partícula entre dos mediciones -una versión cuántica del acertijo famoso de Einstein de cómo podemos estar seguros de la Luna está allí sin mirarla-. ¿Cómo obtener datos de las partículas sin medirlos? TSVF muestra que es posible obtener información intermedia -haciendo suficientemente mediciones "débiles" en un montón de partículas entrelazadas preparadas de la misma manera y con cálculo de un promedio estadístico.

Mediciones suaves


La teoría de la medición débil -propuesta y desarrollada por Aharonov y su grupo en 1988- explica que es posible realizar mediciones "suaves" o "débiles" de un sistema cuántico y ganar algo de información acerca de una característica (por ejemplo, posición) sin perturbar apreciablemente la propiedad complementaria (impulso) y por lo tanto la evolución futura del sistema. Aunque la cantidad de información obtenida para cada medición es pequeña, un promedio de varias mediciones da una estimación precisa de la medición de la propiedad sin distorsionar su valor final.

Cada medición débil puede proporcionar información acerca de las probabilidades de los diferentes estados (valor de spin arriba o abajo, por ejemplo) -aunque con una gran cantidad de errores- sin llegar a colapsar las partículas en estados definidos, como sucedería con una medida fuerte. "Una medida débil cambia el estado medido y ofrece información sobre el estado localizado resultante", explica Elitzur. "Pero sí se realizan las dos mediciones de manera muy informal, y el cambio que inflige en el sistema es más débil que la información que ofrece."

Como resultado, Elitzur explica, "cada medición individual débil por sí misma casi no dice nada. Las mediciones proporcionan resultados fiables sólo después de resumirlas. Entonces, los errores se anulan y se puede extraer alguna información sobre el grupo en su conjunto."

En el experimento, los resultados de estas mediciones débiles están de acuerdo con la mediciones fuertes más tarde realizadas, en la que el experimentador elige libremente que spin medir -a pesar de que los estados de las partículas son todavía indeterminadas después de las mediciones débiles-. Lo que esto significa, explica Elitzur, es que dentro de TSVF "una partícula entre dos mediciones posee los dos estados indicados, pasado y el futuro".

La naturaleza es exigente


El problema es que, sólo mediante la adición de información posterior de las medidas fuertes se puede revelar lo que las mediciones débiles eran "reales". La información ya estaba allí -pero encriptada y sólo se expone en retrospectiva. Así que la causalidad se conserva, aunque no exactamente como normalmente lo conocemos. ¿Por qué existe esta censura no es clara, excepto desde un punto de vista casi metafísico. "La naturaleza es conocida por ser quisquillosa nunca aparece inconsistente", considera Elitzur. "Así que no se va a apreciar la causalidad hacia atrás abierta -personas matando a sus abuelos y así sucesivamente".

Elitzur agrega que algunos especialistas en óptica cuántica han expresado su interés en llevar a cabo el experimento en el laboratorio, lo que él piensa no debe ser más difícil que en los estudios anteriores de entrelazamiento.

Charles Bennett del Centro de Investigación TJ Watson de IBM en Yorktown Heights, Nueva York, especialista en la teoría cuántica de información, no está convencido. Él ve TSVF como una sola manera de ver los resultados, y cree que los resultados pueden ser interpretados sin ningún aparente "relación de causalidad hacia atrás", por lo que los autores están erigiendo un hombre de paja. "Para hacer que su hombre de paja parezca más fuerte, usan un lenguaje que oscurece la diferencia crucial entre la comunicación y la correlación", reitera. Y añade que es como un experimento en criptografía cuántica en la que el emisor envía al receptor la clave de descifrado antes de enviar (o incluso decide sobre) el mensaje, y luego dice que la clave es de alguna manera una "anticipación" del mensaje.

Sin embargo, Aharonov y sus colegas sospechan que sus hallazgos podrían incluso tener implicaciones para el libre albedrío. "Nuestro grupo sigue estando bastante divididos sobre estas cuestiones filosóficas", explica Elitzur. En opinión de Aharonov, "es algo talmúdico: todo lo que vamos a hacer ya es conocido por un Dios, pero usted todavía tiene la capacidad de elección."

El borrador del trabajo está disponible en arXiv.

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