Últimos descubrimientos sobre entrelazamiento cuántico: la ‘acción fantasmal’ de las partículas subatómicas. José Daniel Sierra Murillo

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más fascinantes y misteriosos de la física moderna. Se trata de una propiedad especial de las partículas subatómicas, como los electrones o los fotones, que les permite estar conectadas de manera instantánea, sin importar la distancia que las separe.

José Daniel Sierra Murillo,

Profesor en Física, Univ. de La Rioja

The Conversation

La acción fantasmal de las partículas subatómicas

Albert Einstein lo llamó “acción fantasmal a distancia”, porque parecía violar las leyes de la física clásica. Sin embargo, hoy en día sabemos que es un efecto real demostrado en experimentos (los pioneros valieron un Nobel), y con aplicaciones revolucionarias en tecnología cuántica.

Para entender el entrelazamiento cuántico, imaginemos que tenemos dos partículas –por ejemplo, dos electrones– que han sido generadas juntas. Aunque después las separemos millones de kilómetros, siguen compartiendo una conexión especial. Si realizamos una medición en una de ellas, automáticamente la otra “responderá”, sin importar lo lejos que esté.

Esto desafía nuestra intuición, ya que en la física clásica la información no puede viajar más rápido que la luz.

La clave del entrelazamiento está en la superposición cuántica. Antes de ser observadas, las partículas pueden existir en múltiples estados a la vez. Pero cuando medimos una, su estado se “fija” y automáticamente la otra también cambia, como si ambas se comunicaran de manera instantánea.

No podemos usar este fenómeno para enviar información más rápido que la luz, pero tiene enormes implicaciones en ciencia y tecnología. El entrelazamiento cuántico permite que los qubits o cúbits (la unidad fundamental de información en la computación cuántica) compartan información instantáneamente, aumentando exponencialmente la capacidad de procesamiento y eficiencia de las computadoras cuánticas. Los avances que vivimos son espectaculares,

Descubierto en el CERN

En 2024, el experimento ATLAS, del CERN, ha logrado detectar entrelazamiento cuántico en partículas llamadas quarks top, los quarks más pesados conocidos. Recordemos que ATLAS es ese detector del tamaño de una catedral donde colaboraran más de 3 000 físicos e ingenieros de todo el mundo.

El hallazgo se produjo utilizando la mayor energía que el ser humano haya empleado nunca, y se demostró que el entrelazamiento ocurre no solo en sistemas pequeños como electrones o fotones, sino también en partículas más complejas como el quark top.

Conocer este proceso es un avance de gigante para explicar la complejidad del cosmos. Los quark top pueden ser la clave del mecanismo que genera la masa, dado que es la partícula elemental más pesada del llamado Modelo Estándar, que explica la estructura del universo visible.

El avance de usar moléculas

El equipo de Harvard: Kang-Kuen Ni, Gabriel Patenotte y Samuel Gebretsadkan que logró atrapar moléculas para que realizaran procesos cuánticos por primera vez. Grace DuVal/The Harvard Gazette, CC BY

En 2025, un equipo de la Universidad de Harvard consiguió entrelazar moléculas usando pinzas ópticas (una “trampa óptica” muy estable, que permite atrapar firmemente una partícula utilizando un solo haz de luz). Hasta ese momento, las moléculas se habían descartado como candidatas en computación cuántica, porque son estructuras complejas y los experimentos solo se habían hecho con átomos o fotones. Pero las pinzas ópticas lograron manipular moléculas ultrafrías (a temperaturas cercanas al 0 absoluto) y realizar operaciones cuánticas con ellas.

Al lograr entrelazar moléculas, se amplía el abanico de sistemas cuánticos utilizables, permitiendo computadoras cuánticas más estables, versátiles y con mayor capacidad de almacenamiento y procesamiento de información.

Teletransportación con fibra óptica

Otro importante avance reciente ha sido la teletransportación cuántica a través de cables de fibra óptica normales, los mismos que usamos para internet. El logro es de la Universidad Northwestern (Illinois, EE UU ).

El equipo de Harvard: Kang-Kuen Ni, Gabriel Patenotte y Samuel Gebretsadkan que logró atrapar moléculas para que realizaran procesos cuánticos por primera vez. Grace DuVal/The Harvard Gazette, CC BY

Los autores del hallazgo han demostrado que es posible enviar información cuántica a largas distancias sin que se pierda la coherencia. Esto puede hacerse con los mismos fotones que circulan por nuestras redes de datos convencionales, sin necesidad de nuevas infraestructuras de telecomunicaciones. Además, el descubrimiento acerca la posibilidad de una internet cuántica mucho más segura que la actual, ya que los datos entrelazados no pueden ser interceptados sin alterar la información.

Entrelazamiento de luz y sonido

También en 2024, científicos del Instituto Max Planck encontraron una forma de entrelazar fotones (luz) y fonones (vibraciones del sonido) a temperatura ambiente. Lograron reducir prácticamente a 0 la perturbación que generan los llamados fonones acústicos, y cerrar la brecha entre la mecánica clásica y la cuántica. Este avance podría facilitar la aplicación de tecnologías cuánticas en dispositivos cotidianos.

La IA encuentra atajos

Y en 2024 la inteligencia artificial fue clave para generar entrelazamiento de manera más eficiente. Un algoritmo descubrió un método más simple para entrelazar fotones sin necesidad de medir todos los elementos del sistema, lo que podría acelerar el desarrollo de redes cuánticas y sistemas de comunicación más avanzados.

El equipo internacional de científicos que lo logró, liderado por investigadores de la Universidad de Nanjing y el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz, describió su método en Physical Review Letters.

Las aplicaciones que ya vemos

El entrelazamiento cuántico no es solo una curiosidad teórica, sino que ya se está utilizando en distintas áreas de la ciencia y la tecnología. Las computadoras cuánticas usan entrelazamiento para procesar información de forma mucho más rápida que las computadoras tradicionales. Empresas como Google e IBM están invirtiendo en esta tecnología, que podría revolucionar la inteligencia artificial, la investigación médica y la criptografía.

El satélite chino Jinan 1 fue lanzado en julio de 2022 en el vuelo inaugural del cohete Lijian-1 (Kinetica-1) desde Jiuquan. Krebs, Gunter D., CC BY

Gracias al entrelazamiento, también es posible crear sistemas de comunicación imposibles de hackear. China ya ha lanzado un satélite cuántico, Jinan-1, que usa este principio para enviar mensajes ultraseguros. Han establecido con éxito el enlace satelital cuántico intercontinental (con Sudáfrica) más largo del mundo, con una extensión de 12 900 kilómetros.

Por otra parte, los sensores basados en entrelazamiento pueden medir cambios en el entorno con una precisión extrema. Esto podría aplicarse en geología, exploración espacial y medicina.

Así, en el ámbito de la detección precisa de movimientos sísmicos, investigadores y empresas, han desarrollado sensores cuánticos capaces de detectar microdesplazamientos del terreno con una sensibilidad sin precedentes. Estos sensores pueden identificar cambios minúsculos en las propiedades magnéticas de las rocas, lo que permite una detección temprana de actividad sísmica y una mejor comprensión de la dinámica tectónica.

Los nuevos hallazgos sobre el entrelazamiento cuántico nos acercan a entender mejor cómo funciona el universo en su nivel más profundo, y muestran que esta extraña conexión entre partículas podría convertirse en la base de futuras tecnologías que cambiarán nuestras vidas. Esto solo acaba de empezar.

"La física cuántica entra de lleno en nuestras vidas", José Daniel Sierra Murillo, The Conversation .

El redecillano Doctor en Física, José Daniel acaba de publicar el siguiente artículo 
sobre la física cuántica en nuestras vidas 
en The Conversation, la web de divulgación científica más actual y visitada, 
que reproduzco a continuación:

La proclamación de 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica por parte de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) marca un momento crucial en la historia de la humanidad. Esta conmemoración celebra el centenario de los avances iniciales en la mecánica cuántica y subraya su importancia para el futuro de la ciencia, la tecnología y la sociedad.

José Daniel Sierra Murillo

Investigador, Divulgador y Profesor en Física, 

Universidad de La Rioja, y Redecillano

La física cuántica entra de lleno en nuestras vidas

The Conversation

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La revolución de la Física

La mecánica cuántica es una de las teorías más revolucionarias de la física. Su desarrollo a principios del siglo XX transformó nuestra comprensión del universo al revelar un mundo microscópico completamente diferente al que percibimos con nuestros sentidos.

Este año especial no solo rinde homenaje a los gigantes intelectuales que dieron forma a esta rama de la ciencia, como Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger y Paul Dirac, sino que también destaca el impacto que la mecánica cuántica sigue teniendo en nuestra vida cotidiana.

El inicio de la mecánica cuántica se remonta al año 1900, cuando Max Planck propuso la idea de los “cuantos” para explicar la radiación del cuerpo negro. Este concepto introdujo la idea de que la energía no fluye de manera continua, sino en pequeños paquetes discretos llamados “cuantos”.

Planck no sospechaba que su descubrimiento abriría la puerta a una nueva era en la física, pero sus ideas sentaron las bases para el trabajo de otros científicos que revolucionarían la comprensión de la naturaleza.

El fundamento de Einstein

Uno de los pasos fundamentales en esta revolución fue el trabajo de Albert Einstein, quien en 1905 utilizó el concepto de “cuantos” para explicar el efecto fotoeléctrico, lo que le valió el Premio Nobel en 1921. Einstein demostró que la luz podía comportarse tanto como onda como partícula, desafiando las ideas tradicionales sobre la naturaleza de la luz.

En las décadas siguientes, científicos como Niels Bohr, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger desarrollaron modelos y teorías que explicaban el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas. Por ejemplo, Bohr propuso un modelo del átomo que mostraba cómo los electrones ocupan niveles de energía específicos. Schrödinger, por su parte, introdujo su famosa ecuación de onda, que describe cómo evolucionan los sistemas cuánticos en el tiempo.

Lejos de lo intuitivo

Un aspecto fascinante de esta disciplina es cómo desafía nuestra intuición. Por ejemplo, el principio de incertidumbre de Heisenberg establece que no podemos conocer con precisión tanto la posición como el momento (masa por velocidad) de una partícula al mismo tiempo. Este concepto pone en jaque la noción de determinismo clásico y nos obliga a aceptar que el mundo subatómico es, en esencia, probabilístico.

Uno de los puntos culminantes del desarrollo de la mecánica cuántica fue el debate entre Einstein y Bohr sobre la naturaleza de la realidad. Einstein, profundamente influido por su creencia en un universo ordenado y determinista, expresó su famosa frase: “Dios no juega a los dados”. Él argumentaba que la mecánica cuántica estaba incompleta y que debía existir una teoría más fundamental que explicara las aparentes probabilidades del mundo cuántico.

Por otro lado, Bohr defendía que la mecánica cuántica no solo era correcta, sino que también exigía un cambio en nuestra percepción de la realidad. Según Bohr, las partículas subatómicas no tienen propiedades definidas hasta que son medidas, lo que significa que el acto de observar influye en el resultado. Este debate, descrito brillantemente en el libro Quántum: Einstein, Bohr y el gran debate sobre la naturaleza de la realidad, de Manjit Kumar, continúa siendo una fuente de inspiración para científicos y filósofos por igual.

Más de 100 años después

La mecánica cuántica sigue siendo una de las áreas más activas y emocionantes de la investigación científica. Tecnologías como los láseres, los microprocesadores y los sistemas de telecomunicación modernos no serían posibles sin los principios cuánticos. Pero el impacto de esta disciplina no se detiene ahí. Actualmente, estamos entrando en una nueva era conocida como la segunda revolución cuántica, que promete transformar campos como la computación, la criptografía y la medicina.

Por ejemplo, los ordenadores cuánticos están comenzando a resolver problemas que serían imposibles de abordar con ordenadores clásicos. Estos dispositivos aprovechan fenómenos como la superposición y el entrelazamiento cuántico para realizar cálculos mucho más rápidos y eficientes. De manera similar, la criptografía cuántica promete comunicaciones ultraseguras al utilizar las leyes de la física para proteger la información.

Además, la combinación de la mecánica cuántica con las energías renovables podría desempeñar un papel clave en la lucha contra el cambio climático. La tecnología cuántica puede optimizar sistemas de generación de energía, como las células solares, y mejorar la eficiencia de las redes eléctricas inteligentes.

Por un futuro mejor

El Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica no solo es una oportunidad para reflexionar sobre los avances científicos del pasado, sino también para inspirar a las generaciones futuras. Es un recordatorio de cómo la curiosidad y el ingenio humano pueden superar barreras aparentemente insuperables y transformar nuestra comprensión del universo.

Este hito también es una invitación a todos los países para invertir en investigación y educación en ciencia cuántica. La mecánica cuántica no solo es un tema de interés académico: tiene implicaciones profundas para el desarrollo económico, la seguridad y el bienestar global.

En conclusión, la proclamación de 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica nos invita a celebrar el genio de científicos como Planck, Einstein, Bohr y muchos otros, al mismo tiempo que miramos hacia el futuro con esperanza. La mecánica cuántica no solo ha cambiado nuestra forma de entender el mundo, sino que también tiene el potencial de moldear un mañana más sostenible, seguro y conectado.

Ser tierra, El Suelo, Un todo ser vivo

 SER TIERRA

El suelo, un todo vivo, ser Tierra.

El 60% de los suelos de nuestro continente está degradado.

Restaurar la tierra sin restaurar la relación con ella, es un ejercicio vacío. 

Solo esa relación puede hacer que la tierra prospere y su salud perdure.

La tierra es mucho más, es un todo ser vivo hecho de las relaciones de todas sus partes. 

“La tierra es también nuestra madre".

Como dicen por Iberamérica: 

"PACHAMANA"

Suelo con residuos tóxicos derivados de la producción de fertilizante en Huelva. / Santini Rose

Gustavo Duch 

ctxt.com,

¿Qué entienden ustedes por suelo? 

Para la mayoría de nosotras el suelo se identifica con una superficie sólida, llana y artificial por la que andamos, sobre la que se construye, que pisamos sin ningún reparo..., ¿verdad?,

En cambio, en su uso más técnico, la palabra suelo (en griego edafos) hace referencia a esa fina capa o piel que cubre algunas partes de la superficie terrestre. Como explica la ciencia que lo estudia, la edafología, el suelo se compone de pequeñas partículas minerales, agua, gases, materia orgánica procedente de restos de plantas y animales, junto a miles de seres vivos sean hongos, bacterias o gusanos... Hablamos de un lugar donde, entre otras cosas, germinan las semillas y crecen plantas y árboles. 

Pero... Se sabe que este estrato está en una situación muy delicada. En uno de los últimos informes al respecto encargado por la Comisión Europea y publicado el pasado octubre, ‘El estado del suelo en Europa’, se advierte que un 60% de los suelos de nuestro continente está degradado, señalando como causas a “diversas presiones antropogénicas como la intensificación de la agricultura, la urbanización y las actividades industriales”. 

Es decir, nuestra forma de habitar el mundo provoca que una mayoría de estos suelos sufran una serie de alteraciones que lo ponen en peligro. Entre ellas destacan el exceso o la deficiencia de algunos elementos del suelo que hace posible la nutrición de los vegetales que ahí viven, como sería el caso del exceso de nitrógeno derivado de los purines de las granjas de producción animal intensiva, o bien la pérdida de carbono orgánico que se escapa hacia la atmósfera; la erosión del suelo, una amenaza cada vez más frecuente como hemos visto con las inundaciones en el País Valenciano; la contaminación con toda una batería de metales pesados, plásticos, pesticidas u otros productos químicos; la salinización como ocurre alrededor de las minas de potasas en Catalunya; la extinción de micro y macroorganismos que viven en el suelo, desde hongos a lombrices de tierra, quizás la situación más dolorosa; y, desde luego la pérdida de suelos agrícolas sepultados por el avance urbanizador. 

Pero...  El informe mencionado también aporta una serie de medidas políticas que se deberían aplicar, como la obligatoriedad de mantener controles de seguimiento y evaluación de la salud del suelo, incentivar las buenas prácticas agrícolas u ofrecer más formación en estas materias. 

Pero... Estamos hablando que, con su degradación, es toda la vida del planeta la que está en riesgo

Sin profundizar en estas medidas, pongo todo el paquete en duda por una simple pero fundamental cuestión semántica. 

En castellano, ¿estamos utilizando el nombre correcto? Con el tecnicismo suelo, ¿asimilamos que nos referimos a un ser vivo, a un vientre que engendra toda la vida? Su acepción arquitectónica ¿ayuda a comprender e interiorizar el respeto y consideración que merece? 

De hecho, estamos hablando que, con su degradación, es toda la vida del planeta la que está en riesgo, pues de esta madre depende la existencia de selvas y bosques que regulan el clima y el ciclo hídrico, el secuestro del carbono atmosférico que puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y toda la producción de alimentos que nutre a toda la vida terrestre, humana y no humana.

Y lo digo porque, como recogió mi amigo Fernando López en un artículo publicado en el número 86 de la revista La Fertilidad de la tierra, Robin Wall Kimmerer, en su conocido libro Una trenza de hierba sagrada, ya afirmó que “restaurar la tierra sin restaurar la relación con ella, es un ejercicio vacío. Solo esa relación puede hacer que la tierra prospere y su salud perdure”. 

Y el primer paso es nombrarla como merece, como hace la autora estadounidense: tierra. 

Si el suelo es eso que está debajo de nosotras, real y simbólicamente, la tierra es mucho más, es un todo vivo hecho de las relaciones de todas sus partes. “La tierra es también nuestra madre”, dijo Hildegarda de Bingen a principios del milenio pasado.  “Es la madre de todo lo que es natural, madre de todo lo que es humano. Es la madre de todas las cosas, pues en ella están contenidas las semillas de todas las cosas. La tierra contiene toda la humedad, todo el verdor, todo el poder de la germinación. Es fértil de tantas maneras. Es de ella de la que nace toda creación. Y, por tanto, forma la materia bruta de la especie humana”. 

Y puesto que somos tierra, ¿por qué no nos sublevamos ante quien la/nos ataca?