El entrelazamiento cuánticu (Quantenverschränkung, orixinariamente n'alemán) ye una propiedá predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen (en delantre EPR) na so formulación de la llamada paradoxa EPR.
El términu foi introducíu en 1935 por Erwin Schrödinger pa describir un fenómenu de mecánica cuántica que se demuestra nos esperimentos, pero primero nun s'entendió bien la so relevancia pa la física teórica. Un conxuntu de partícules enxareyaes (nel so términu téunicu n'inglés: entangled) nun pueden definise como partícules individuales con estaos definíos, sinón como un sistema con una función d'onda única pa tol sistema.
El entrelazamiento ye un fenómenu cuánticu, ensin equivalente clásicu, nel cual los estaos cuánticos de dos o más oxetos tienen de describise por aciu un estáu únicu qu'arreya a tolos oxetos del sistema, inda cuando los oxetos tean separaos espacialmente. Esto lleva a correllaciones ente les propiedaes físiques observables. Por casu, ye posible preparar (enllazar) dos partícules nun solu estáu cuánticu d'espín nulu, de forma que cuando se repare qu'una xira escontra riba, la otra automáticamente va recibir una señal» y va amosase como xirando escontra baxo, magar la imposibilidá de predicir, según los postulaos de la mecánica cuántica, qué estáu cuánticu va reparase.
Eses fuertes correllaciones faen que les midíes realizaes sobre un sistema paezan tar influyendo instantáneamente otros sistemes que tán enllazaos con él, y suxeren que dalguna influencia tendríase que tar arrobinando instantáneamente ente los sistemes, a pesar de la separación ente ellos.
Sicasí, nun paez que pueda tresmitise información clásica a velocidá cimera a la de la lluz por aciu el entrelazamiento porque nun puede tresmitise nenguna información útil a más velocidá que la de la lluz. Namái ye posible la tresmisión d'información usando un conxuntu d'estaos enxareyaos en conxugación con una canal d'información clásicu, tamién llamáu teleportación cuántica. Mas, por precisar d'esa canal clásica, la información útil nun va poder superar la velocidá de la lluz.
El entrelazamiento cuánticu foi nun principiu plantegáu polos sos autores (Einstein, Podolsky y Rosen) como un argumentu en contra de la mecánica cuánticasobre manera con vistes a probar la so incompletitud yá que puede demostrase que les correllaciones prediches pola mecánica cuántica son inconsistentes col principiu del realismu local, que diz que cada partícula tien de tener un estáu bien definíu, ensin que seya necesariu faer referencia a otros sistemes distantes.
Col tiempu acabóse definiendo como unu de los aspeutos más peculiares d'esta teoría, especialmente desque'l físicu norirlandés John S. Bell diera un nuevu impulsu a esti campu nos años 60 gracies a un refináu analís de les sotileces qu'arreya'l entrelazamiento. La propiedá matemática que subyace a la propiedá física de entrelazamiento ye la llamada non separabilidad. Amás, los sistemes físicos que sufren entrelazamiento cuánticu son típicamente sistemes microscópicos (cuasi tolos que se conocen de fechu ser), pos, según entendíase, esta propiedá perder nel ámbitu macroscópicu debíu al fenómenu de la Decoherencia cuántica. Sicasí más apocayá, un esperimentu"Quantum entanglement in macroscopic diamonds" llogró'l citáu entrelazamiento en diamantes milimétricos, llevando asina esti fenómenu al nivel de lo macroscópicu.
El entrelazamiento ye la base de teunoloxíes en fase de desenvolvimientu, tales como la computación cuánticaEl entrelazamiento de partícules ye un fenómenu esencial pa desenvolver futuros ordenadores cuánticos que sían muncho más rápidos que los actuales, tales como los que s'estudien y proyeuten en del Institutu de Física Esperimental de la Universidá de Innsbruck. Enxareyando bits cuánticos individuales, un ordenador cuánticu podría resolver problemes muncho más velozmente qu'unu de memoria dixital magnética binaria. Sicasí, afirma Thomas Monz, resulta bien difícil entender el entrelazamiento cuando se trata de más de dos partícules. N'abril de 2011, Monz, colos sos colegues del equipu empobináu por Rainer Blatt, taba realizando un esperimentu con delles partícules enxareyaes, lo qu'apurre una nueva perspeutiva d'esti fenómenu.
A partir del añu 2005, l'equipu empobináu por Rainer Blatt tuvo superando'l so propiu récor de entrelazamiento de bits cuánticos; n'abril de 2011 superaron la llende de 8 bits cuánticos, cuasi doblándolo: hasta esa fecha nun se llograra controlar el entrelazamiento d'ocho partícules, lo que significa un byte cuánticu. Dende la fecha citada cuasi doblaron esa llende; pa esto confinaron 14 átomos de calciu dirixéndolos con fexes de láser nuna trampa d'iones; d'esta miente los estaos internos de cada átomu constitúin qubits y por esti métodu n'abril de 2011 producieron un rexistru cuánticu de 14 qubits, lo cual bien podría ser la base d'un próximu ordenador cuánticu. Per otra parte estos investigadores afayaron que cuando hai delles partícules enxareyaes la sensibilidá del sistema aumenta de manera significativa. Tal procesu raramente reparárase en procesos cuánticos y resulta importante non yá pa construyir ordenadores cuánticos, sinón tamién pa faer relós atómicos d'estrema precisión y pa realizar simulaciones cuántiques, o la criptografía cuántica, y utilizóse n'esperimentos de teleportación cuántica.
Motivación y antecedentes históricos Nel contestu orixinal del artículu de EPR, el entrelazamiento postúlase como una propiedá estadística del sistema físicu formáu por una pareya d'electrones que provienen d'una fonte común y tán altamente correllacionaos por cuenta de la llei de caltenimientu del momentu llinial. Según l'argumentu de EPR, si, trescurríu un ciertu tiempu dende la formación d'esti estáu de dos partícules, realizáramos la midida simultánea del momentu llinial nún de los electrones y de la posición nel otru, llograríamos sortear les llimitaciones impuestes pol principiu d'incertidume de Heisenberg a la midida de dambes variables físiques, una y bones l'alta correllación dexaríanos inferir les propiedaes físiques correllatives d'una partícula (posición o momentu) respectu de la otra. Si esto nun fuera asina, tendríamos qu'aceptar que dambes partícules tresmiten instantáneamente dalgún tipu de perturbación qu'a la llarga (cuando s'arrexunten los datos estadísticos) tendría l'efectu d'alteriar les distribuciones estadístiques de tala forma que el principiu de Heisenberg quedara salvaguardáu (faciendo más indefinida la posición d'una de les partícules cuando se mide'l momentu llinial de la otra, y viceversa).
Ye importante señalar que los términos simultáneamente o instantáneamente, qu'acabamos d'usar, nun tienen en realidá significáu precisu dientro del contestu de la teoría de la relatividá especial, que ye l'esquema universalmente aceptáu pa la representación de socesos nel espaciu-tiempu. Tien De interpretase polo tanto que les midíes antes mentaes facer nun intervalu temporal tan curtiu que ye imposible que los sistemes comunicar con una celeridad menor o igual que la establecida pola llende qu'impon la velocidá de la lluz o velocidá máxima d'espardimientu de les interacciones.
Planteamientu actual en términos de fotones Güei día prefier plantegase toles cuestiones relatives al entrelazamiento usando fotones (en llugar d'electrones) como sistema físicu a estudiar y considerando los sos espines como variables físiques a midir. El motivu ye doble: per una parte ye esperimentalmente más fácil preparar estaos coherentes de dos fotones (o más) altamente correllacionaos por aciu téuniques de conversión paramétrica a la baxa que preparar estaos d'electrones o nucleos d'átomos (polo xeneral materia leptónica o bariónica) d'análogues propiedaes cuántiques; y per otra parte ye muncho más fácil faer razonamientos teóricos sobre un observable d'espectru discretu como'l espín que sobre unu d'espectru continuu, como la posición o'l momentu llinial.
Acordies con l'analís estándar del entrelazamiento cuánticu, dos fotones (partícules de lluz) que nacen d'una mesma fonte coherente van tar enxareyaos; esto ye, dambes partícules van ser la superposición de dos estaos de dos partícules que nun se pueden espresar como'l productu d'estaos respeutivos d'una partícula. N'otres pallabres: lo que-y asoceda a unu de los dos fotones va influyir de forma instantánea a lo que-y asoceda al otru, yá que les sos distribuciones de probabilidá tán indisolublemente amestaes cola dinámica de dambes. Esti fechu, que paez burllar el sentíu común, foi comprobáu esperimentalmente, ya inclusive se consiguió'l entrelazamiento triple, nel cual enxaréyense tres fotones.
Formulación matemática Non separabilidad Dende'l puntu de vista matemáticu, la non separabilidad amenorgar a que nun ye posible factorizar la distribución de probabilidá estadística de dos variables estocásticas como productu de distribuciones independientes respeutives:
Esto ye equivalente a la condición de dependencia estadística (non independencia) de dambes variables. Pa cualquier sistema físicu que se tope nun estáu puru, la mecánica cuántica postula la esistencia d'un oxetu matemáticu denomináu función d'onda, que codifica toles sos propiedaes físiques en forma de distribuciones de probabilidá de reparar valores concretos de toles variables físiques relevantes pa la descripción del so estáu físicu. Puesto qu'en mecánica cuántica la distribución de probabilidá de cualesquier observable llógrase, en notación de Dirac, como'l productu:
cualquier estáu de dos partícules que s'esprese como una superposición llinial de dos o más estaos que nun seya factorizable como productu d'estaos independientes va faer que les distribuciones de probabilidá pa observables de dambes partícules sían polo xeneral dependientes:
Vistu asina, paecería que la condición de entrelazamiento sería la más común y de fechu la factorizabilidad de los estaos la menos habitual. El motivu de que nun seya asina ye que la mayoría de los estaos que reparamos na naturaleza son estaos entemez estrictos.
L'estáu singlete L'estáu d'espín 1/2:
Estaos de más de dos fotones
Intercambiu de entrelazamiento L'intercambiu de entrelazamiento fai posible enredar dos partícules ensin qu'estes interactuaren primero. Vea Intercambiu de entrelazamiento.
Perspectives Anguaño búsquense aplicaciones teunolóxiques pa esta propiedá cuántica. Una d'elles ye la llamada teleportación d'estaos cuánticos, magar paecen esistir llimitaciones importantes a lo que puede consiguise en principiu con diches téuniques, yá que la tresmisión d'información paez dir amestada a la tresmisión d'enerxía (lo cual en condiciones superlumínicas implicaría la violación de la causalidá relativista).
Ye precisu entender que la teleportación d'estaos cuánticos ta bien lloñe de paecese a cualquier conceutu de teleportación que pueda estrayese de la ciencia ficción y fontes similares. La teleportación cuántica sería más bien un calcu exactu tresmitíu instantáneamente (dientro de les restricciones impuestes pol principiu de relatividá especial) del estáu atómicu o molecular d'un grupu bien pequeñu d'átomos. Piénsese que si les dificultaes pa llograr fontes coherentes de materia leptónica son grandes, entá lo serán más si tratar de llograr fontes coherentes de muestres macroscópiques de materia, nun digamos yá un ser vivu o un chip con un estáu binariu definíu, por poner un exemplu. L'estudiu de los estaos enxareyaos tien gran relevancia na disciplina conocida como computación cuántica, que los sos sistemes definir pol entrelazamiento.
Secuencia histórica Depués d'establecer la primer versión de la mecánica cuántica, Werner Heisenberg propón el denomináu principiu d'indetermín de Heisenberg, que describe cuantitativamente la llimitación de la exactitú con que pueden midise simultáneamente variables tales como posición y cantidá de movimientu, o bien enerxía y tiempu.