Efectos cuánticos
La mecánica cuántica no es una teoría lejana — se manifiesta en experimentos cuyos resultados contradicen toda intuición cotidiana y aun así son exactamente reproducibles. Cuatro efectos que marcan los límites de lo imaginable.
El experimento de la doble rendija
Si se envían electrones o fotones individuales, uno tras otro, a través de dos rendijas estrechas y paralelas, se forma en la pantalla situada detrás — partícula a partícula — un patrón de bandas claras y oscuras. Exactamente el patrón que cabría esperar si ondas atravesaran ambas rendijas al mismo tiempo y se reforzaran o se cancelaran entre sí. Cada partícula individual parece entonces pasar "por ambas rendijas a la vez".
Sin embargo, si se coloca un detector que mide por cuál rendija pasa realmente la partícula, el patrón de interferencia desaparece de inmediato — quedan solo dos manchas simples, exactamente donde cabría esperarlas de partículas. La mera medición — y no una perturbación física — decide si la partícula se comporta como onda o como partícula. El experimento de la doble rendija con electrones fue realizado por primera vez en 1961 por Claus Jönsson; que el patrón se construye realmente partícula por partícula lo demostraron más tarde Pier Giorgio Merli, Gian Franco Missiroli y Giulio Pozzi (1974–76), y de forma especialmente vívida Akira Tonomura y sus colegas (1989). El experimento se considera el experimento central de la mecánica cuántica: Richard Feynman lo llamó "el único misterio".
El efecto túnel
Según la física clásica: si la energía de una partícula no basta para superar una barrera de potencial, rebota inevitablemente — como una pelota que rueda contra una pared sin suficiente impulso para el montículo que hay detrás. En la mecánica cuántica, sin embargo, una partícula no es una esfera con una posición precisa, sino una función de onda que posee cierta extensión. Esta función de onda se adentra también en la barrera y — con amplitud decreciente pero no nula — incluso la atraviesa por completo.
El resultado: una partícula puede aparecer, con determinada probabilidad, al otro lado de una barrera, aunque según el cálculo clásico jamás debería haberlo "logrado". El efecto túnel no es un fenómeno exótico y marginal — es la base del microscopio de efecto túnel, con el que se hacen visibles átomos individuales, impulsa la desintegración alfa radiactiva, y hace posible la fusión nuclear en el Sol: sin el efecto túnel, los núcleos de hidrógeno allí estarían simplemente demasiado "fríos" para fusionarse.
Entrelazamiento cuántico
Dos partículas pueden prepararse en un estado cuántico común en el que sus propiedades quedan indisolublemente ligadas entre sí — se dice que están entrelazadas. Antes de que se realice una medición, ninguna de las dos partículas tiene un estado definido: solo el acto de medir una de ellas "decide" el resultado — y en ese mismo instante queda también determinado el resultado para la partícula compañera, exactamente correlacionado, sin importar lo lejos que estén ya la una de la otra.
Albert Einstein llamó a este comportamiento, con sorna, "acción fantasmal a distancia" y estaba convencido de que debía de haber variables ocultas, ya fijadas de antemano, que lo explicaran. John Bell demostró en 1964, matemáticamente, cómo podría comprobarse experimentalmente esta idea — y los experimentos realizados desde la década de 1980 (entre otros, reconocidos con el Premio Nobel de Física 2022) confirmaron sistemáticamente la mecánica cuántica: no existen variables ocultas. Es importante señalar que el entrelazamiento no permite transmitir información más rápido que la luz — el resultado de una medición individual sigue siendo aleatorio, solo la correlación entre ambos resultados es real.
Teletransportación cuántica
El nombre evoca a Star Trek, pero la teletransportación cuántica no transporta materia — transfiere un estado cuántico exacto de una partícula a otra, con la destrucción del estado original. El procedimiento utiliza un par de partículas ya entrelazadas: en el punto A, el estado que se desea transmitir se mide junto con una de las mitades del par entrelazado. El resultado de esta medición se transmite — de forma clásica, es decir, no más rápido que la luz — al punto B. Una vez allí, permite convertir la segunda mitad del par entrelazado exactamente en el estado original.
Lo decisivo es el teorema de no clonación: un estado cuántico desconocido no puede, en principio, copiarse sin destruir el original — muy distinto de un documento de Word o una fotografía. La teletransportación elude esta prohibición desplazando el estado en lugar de duplicarlo. En 2017, el satélite chino Micius logró teletransportar fotones entrelazados entre la Tierra y la órbita — a una distancia de 1400 kilómetros. Este procedimiento tiene relevancia práctica sobre todo para los ordenadores cuánticos y la comunicación cuántica a prueba de espionaje, no para el transporte de materia ni mucho menos de seres vivos.