La cruzada cuántica (parte 2 de 2)

Esta es la segunda parte y final del artículo "La cruzada cuántica", cuya primera parte puede ser leída aquí.

Hueco de conocimiento

La lección, dice Fuchs, no es que el modelo de Spekkens sea realista – nunca intentó serlo – sino que el entrelazamiento y todo el resto de extraños fenómenos de la teoría cuántica no son una forma completamente nueva de física. Simplemente podrían surgir fácilmente de una teoría del conocimiento y sus límites.

Para lograr una mejor idea de cómo podría suceder esto, Fuchs ha rescrito la teoría cuántica estándar en una forma que recuerda mucho a una rama de la teoría de probabilidad clásica conocida como inferencia bayesiana, que tiene sus raíces en el siglo XVIII.

En la visión bayesiana, las probabilidades son con cantidades intrínsecas 'ligadas' a los objetos. En lugar de esto, cuantifican el grado de creencia personal de un observador de lo que podría suceder al objeto. La visión bayesiana cuántica de Fuchs, o QBism (pronunciado 'cubism' – cubismo en inglés)9, 10, es un marco de trabajo que permite recuperar los fenómenos cuánticos conocidos a partir de unos nuevos axiomas que no requieren de construcciones matemáticas tales como la función de onda.

El QBism ya ha realizado algunas propuestas experimentales esperanzadoras, señala. Tales experimentos podría revelar, por ejemplo, nuevas y profundas estructuras dentro de la mecánica cuántica que permitirían que se re-expresaran las leyes de probabilidad como variaciones menores de la teoría de probabilidad estándar11.

"Este nuevo enfoque, de ser válida, podría cambiar nuestra comprensión de cómo construir computadores cuánticos y otros dispositivos de información cuántica", comenta, señalando que todas esas aplicaciones son muy dependientes del comportamiento de la probabilidad cuántica.

El conocimiento – que normalmente se mide en términos de cuántos bits de información tiene un observador sobre un sistema – es el centro de muchos otros enfoques de reconstrucción. Tal como expresan los físicos Caslav Brukner y Anton Zeilinger de la Universidad de Viena, "la física cuántica es una teoría elemental de la información"12. Mientras tanto, el físico Marcin Pawlowski de la Universidad de Gdansk, en Polonia, y sus colegas, exploran un principio al que llama 'causalidad de información'13. Este postulado dice que si un experimentador (llamémoslo Alice) envía m bits de información sobre sus datos a otro observador (Bob), entonces Bob no puede lograr más información que m bits clásicos de información sobre esos datos – sin importar cuánto sepa sobre el experimento de Alice.

Pawlowski y sus colegas han descubierto que tanto la física clásica como la mecánica cuántica estándar respetan este postulado, pero no teorías alternativas que permiten formas más fuertes de correlaciones similares al entrelazamiento entre partículas portadoras de información. Por tal razón, el grupo escribe en su artículo: "la causalidad de la información podría ser una de las propiedades básicas de la naturaleza" – en otras palabras, un axioma para alguna futura teoría cuántica reconstruida.

Lo que está complicando algunos de estos intentos de reconstrucción cuántica es que sugieren que el conjunto de leyes que gobiernan el universo es sólo una entre muchas posibilidades matemáticas. "Resulta que muchos principios llevan a toda una clase de teorías probabilísticas, y no específicamente a la teoría cuántica", apunta, "en realidad son genéricas a muchas teorías probabilísticas. Esto nos permite centrarnos en la cuestión de qué hace única a la teoría cuántica".

¿Listo para el éxito?

Hardy dice que el ritmo del trabajo de reconstrucción cuántica ha tenido un auge durante los últimos años, cuando los investigadores empezaron a sentir que tenían buenas herramientas para abordar el problema. "Ahora estamos listos para algunos avances realmente significativos", comenta.

Pero, ¿puede alguien juzgar el éxito de estos esfuerzos? Hardy apunta que algunos investigadores están buscando señales experimentales de correlaciones cuánticas de nivel superior permitidas en su teoría. "Sin embargo, yo diría que el criterio real para el éxito es más teórico", dice. "¿Tenemos una mejor comprensión de la teoría cuántica, y los axiomas nos dan nuevas ideas sobre cómo ir más allá de la física actual?". Tiene esperanzas de que algunos de estos principios puedan, finalmente, ayudar en el desarrollo de una teoría de la gravedad cuántica.

Hay gran espacio para el escepticismo. "La reconstrucción de la teoría cuántica a partir de un conjunto de principios básicos parece una idea que tiene todas las apuestas en su contra", dice Daniel Greenberger, físico que trabajo en las bases de la cuántica en el City College de Nueva York5. Aun así, Schlosshauer defiende que "incluso si ningún programa de reconstrucción puede finalmente encontrar un conjunto de principios universalmente aceptados que funcionen, no es trabajo en vano, debido a que habremos aprendido mucho por el camino".

Es cautelosamente optimista. "Una vez que tengamos un conjunto de principios simples y físicamente intuitivos, la mecánica cuántica será mucho menos misteriosa", afirma. "Creo que muchas de las cuestiones abiertas quedarían cerradas. Probablemente no soy el único que estaría encantado de ser testigo del descubrimiento de estos principios".

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Nature 501, 154–156 (12 September 2013) doi:10.1038/501154a
Artículos de referencia:
1.- Mermin, N. D. Phys. Today 42, 9 (1989).
2.- Hardy, L. Preprint at http://arxiv.org/abs/quant-ph/0101012 (2001).
3.- Sorkin, R. D. Preprint at http://arxiv.org/abs/gr-qc/9401003 (1994).
4.- Fuchs, C. A. Preprint at http://arxiv.org/abs/quant-ph/0106166 (2001).
5.- Schlosshauer, M. (ed.) Elegance and Enigma: The Quantum Interviews (Springer, 2011).
6.- Spekkens, R. W. Preprint at http://arxiv.org/abs/quant-ph/0401052 (2004).
7.- Kirkpatrick, K. A. Found. Phys. Lett. 16, 199–224 (2003).
8.- Smolin, J. A. Quantum Inform. Comput. 5, 161–169 (2005).
9.- Fuchs, C. A. Preprint at http://arxiv.org/abs/1003.5209 (2010).
10.- Fuchs, C. A. Preprint at http://arxiv.org/abs/1207.2141 (2012).
11.- Renes, J. M., Blume-Kohout, R., Scott, A. J. & Caves, C. M. J. Math. Phys. 45, 2171–2180 (2004).
12.- Brukner, C. & Zeilinger, A. Preprint at http://arxiv.org/abs/quant-ph/0212084 (2002).
13.- Pawlowski, M. et al. Nature 461, 1101–1104 (2009).

De artículo publicado por Philip Ball el 11 de septiembre de 2013 en Nature News.