Números imaginarios, necesarios para describir la realidad
3 de enero de 2022
Un equipo internacional de investigadores ha demostrado a través de un experimento teórico que las predicciones de la teoría cuántica estándar no pueden explicarse sin la ayuda de los números complejos.
El planteamiento y la demostración del resultado del experimento, obtenidas por investigadores del español Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), la Universidad de Ginebra y el Instituto de Tecnología de Schaffhausen, la Universidad de Tecnología de Viena y el IQOQI de la Academia de Ciencias de Austria, se publicaron a mediados de diciembre en la revista Nature.
Las teorías físicas se expresan en términos de objetos matemáticos, como ecuaciones, integrales o derivadas, unos conceptos que han evolucionado para poder explicar fenómenos físicos cada vez más complicados.
Describir la naturaleza a través de teorías es como usar un mapa para ir a la montaña: el mapa es una representación de la montaña, las casas, los ríos y los senderos, pero no es la montaña, sino la teoría que se emplea para representar la realidad de la montaña.
La teoría cuántica y los números complejos
Pero la llegada de la teoría cuántica, pensada para representar el mundo microscópico, fue un punto de inflexión para la física, ya que era la primera teoría que se formulaba en términos de números complejos.
¿Y qué son estos números complejos? Son números constituidos por una parte real y una "imaginaria", como la denominó el filósofo Descartes.
El uso de números complejos es una de las propiedades anti-intuitivas de la física cuántica y, de hecho, algunos de los padres fundadores de esta teoría, como Schrödinger, expresaron sus reservas.
Sin embargo, varios resultados posteriores demostraron que era posible explicar muchos fenómenos cuánticos a través de una teoría formulada con números reales y, de esta manera, se aceptó la idea de que los números complejos en la teoría cuántica eran solo una herramienta conveniente.
Ahora, el estudio publicado en Nature demuestra que, si los postulados cuánticos se expresan en términos de números reales en lugar de números complejos, entonces algunas predicciones sobre las redes cuánticas diferirían de manera necesaria.
De hecho, el equipo de investigadores presentó una propuesta experimental concreta, en la cual incluía a tres partes conectadas entre sí y dos fuentes de partículas entrelazadas, donde la predicción de la teoría cuántica compleja estándar no puede ser expresada por su contraparte real.
El posterior experimento, realizado en colaboración la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur y la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica, se ha publicado en Physical Review Letters, en paralelo al artículo de Nature.
El teorema de Bell
Los resultados aparecidos en Nature pueden verse como una generalización del teorema de Bell, que proporciona un experimento cuántico que no puede ser explicado por ningún formalismo local cuántico.
El estudio también muestra lo sobresalientes que pueden ser las predicciones de la teoría cuando se combina el concepto de una red cuántica con las ideas de Bell.
Sin duda, las herramientas desarrolladas y utilizadas para obtener este primer resultado son tales que permitirán a los físicos lograr una mejor comprensión de la teoría cuántica y un día desencadenarán la realización y materialización de aplicaciones hasta ahora impensables para el Internet cuántico.
FEW (EFE, Nature, Physical Review Letters)