Zeilinger y su gente han conseguido rizar el rizo cuántico. En esta ocasión han logrado fotografiar un gato, la figura de un gato, sin que los fotones que llegan a la placa fotográfica hayan tenido contacto con él en ningún momento.
Este experimento es interesante por varios motivos. Para empezar porque es puramente cuántico, no hay forma de dar una explicación clásica basada en ondas electromagnéticas del mismo. Además, se basa en dos de los hechos cuánticos por antonomasia, la superposición cuántica y el entrelazamiento, dos de las piedras angulares que, parafraseando a Feynman, continene todos los misterios de la mecánica cuántica. (Entiéndase aquí por misterios los hechos cuánticos que están alejados de cualquier experiencia cotidiana de la que podamos echar mano).
Hoy se publica en la revista Nature el artículo:
Quantum imaging with undetected photons (Nature) doi:10.1038/nature13586
del que hay una versión libre en arXiv:
Quantum imaging with undetected photons
En esta entrada vamos a dar los ingredientes necesarios para entender el experimento y explicaremos el mismo de una forma pormenorizada.
He de agradecer a @aberron que haya llamado mi atención sobre este resultado que de otro modo se me hubiera pasado con total seguridad. No dejes de leer su entrada acerca del experimento para tener una visión general, directa y entendible. Entrada: Más difícil todavía, cómo fotografiar al gato de Schrödinger sin verlo.
Si no los puedes distinguir tienes que considerarlos todos
Uno de los elementos claves del experimento es el uso de un interferómetro. Como su nombre indica es un dispositivo que genera interferencias, lo interesante es que en este caso la interferencia se hace con una única partícula en el dispositivo. Para entender cómo funciona eso tenemos que ir paso a paso para poder tener una imagen mental de cómo funciona el experimento que tenemos entre manos.
Espejos semitransparentes, ondas y fotones
Un espejo semitransparente es un espejo que tiene la propiedad de transmitir y reflejar la mitad de un haz que llegue al mismo. Si a uno de estos experimentos llega una onda electromagnética la mitad de la intensidad de la onda se transmite y la otra mitad se refleja. A estos espejos también se les denomina divisores de haz.
Sin embargo, nos podemos preguntar cómo actúa uno de estos espejos en el caso de tener un único fotón entre manos. Los fotones, como demostró Einstein, son los cuantos de luz y tienen una energía asociada que depende de su frecuencia, su color. Estos fotones se comportan, en determinadas circunstancias, como partículas, es decir tienen una entidad propia e individual.
Supongamos que tenemos un generador capaz de emitir un único fotón y que lo lanzamos hacia un espejo semitransparente. Además situamos dos detectores de fotones (con capacidad de resolver un único fotón) en la dirección de transmisión y de reflexión del espejo semitransparente. ¿Qué encontraríamos experimentalmente?
En la anterior figura están descritos los posibles caminos que puede seguir un fotón que se ha encontrado con un espejo semitransparente (ES). Lo que encontramos experimentalmente es lo siguiente:
Eso quiere decir que el 50% de las veces encontramos que se activa el detector en la dirección de transmisión y el restante 50% de las veces encontramos que se activa el detector en la dirección de reflexión. Recordemos que solo hay un fotón en cada instante en vuelo desde que se genera hasta que se detecta, hasta ese momento no se emite otro fotón.
Por lo tanto, podemos concluir que los fotones en cada caso se transmiten o se reflejan pero jamás hacen las dos cosas simultáneamente. Emitido un fotón no podemos saber si se refleja o se transmite solo sabemos que tiene un 50% de probabilidades de que haga una cosa u otra.
Podemos complicar el sistema metiendo más espejos semitransparentes e intentar deducir las probabilidades de que un detector de la señal de que le ha llegado un fotón.
La probabilidad de transmitirse o reflejarse es independiente en cada caso de la historia anterior el fotón en cuestión.
Es importante remarcar una vez más que cuando hay solo un fotón en vuelo solo un detector se activa en cada caso. Repitiendo el experimento una y otra vez encontraremos que las probalidades de activar un detector u otro se distribuyen de la forma discutida aquí. Esto implica que los fotones son partículas con entidad propia en lo que respecta a este experimento, los espejos semitransparentes no las parten por la mitad.
Interferómetro de Mach-Zehnder
Este dispositivo consigue dividir dos haces y reunirlos en el mismo punto combinando espejos perfectos y espejos semitransparentes. Cuando dos ondas electromagnéticas coinciden en un punto se da el fenómeno de interferencia, dando lugar a patrones donde la onda se refuerzas y se anula en distintas posiciones que dependen de la longitud recorrida por cada haz.
¿Qué pasa si solo hay un fotón en vuelo? ¿Cuáles son las probabilidades de que un detector se dispare en la dirección transmitida o la dirección reflejada?
Según lo que hemos visto en la discusión anterior, el fotón llegará o bien al detector A o bien al detector B y podríamos decir que la probabilidad de que esto ocurra es del 50% en cada caso. Sin embargo, esto no es lo que encontramos, suponiendo que los dos brazos de interferómetro son de igual longitud obtenemos experimentalmente que solo uno de los detectores se dispara para todos los fotones lanzados uno a uno. (Solo hay un fotón en vuelo cada vez).
Pero podemos hacer una travesura y cambiar la longitud de uno de los brazos del interferómetro con espejos perfectos. Al hacer eso observamos que con cierta frecuencia se activa el detector A y con cierta frecuencia se activa el detector B. Es decir, al cambiar la longitud de uno de los brazos el experimento cambia su resultado global.
Si vamos aumentando la longitud del brazo modificado del interferómetro veremos como la probabilidad de encontrar partículas en el detector B aumenta hasta que todas las partículas llegan al mismo cuando la longitud de su brazo es de 2L. Si seguimos aumentando empieza otra vez a haber probabilidad de encontrar fotones en A dominando el experimento cuando la longitud es de 3L en el brazo modificado.
Modificando la longitud de un único brazo modificamos el resultado total del experimento. Este comportamiento nos dice que según la configuración podemos encontrar subidas y bajadas en la detección del fotón en vuelo, unas veces en un detector otras veces en el otro con probabilidades que dependen de la configuración del interferómetro. Esto es un proceso de interferencia generado por un único fotón en vuelo en cada ciclo de emisión/detección.
El secreto de este comportamiento es que no tenemos ni idea de qué camino ha seguido el fotón hasta llegar al detector que se dispara. Esta indistinguibilidad de los caminos, nos dice la cuántica, nos obliga a considerar todos los caminos a la vez a la hora de explicar el experimento. Si encontramos algún modo de saber el camino que recorre el fotón el comportamiento descrito se pierde y no tendremos bajadas y subidas en las probabilidades por mucho que alteremos las longitudes de los brazos del interferómetro. El ingrediente esencial aquí es el desconocimiento, la indistinguiblidad, del camino seguido por el fotón en el experimento.
En este tipo de experimentos hay dos puntos débiles:
1.- Asegurar que generamos un único fotón.
2.- Asegurar que los detectores solo detectan un fotón.
Estos son aspectos técnicos que son difíciles de superar, aunque en la actualidad están casi superados y en ellos se fundamentan los que dicen que pueden haber explicaciones clásicas, basadas en ondas electromagnéticas, para explicar estos fenómenos. Con la técnica actual estamos en disposición de librarnos de estos problemas y limpiar el fenómeno de toda duda.
El trabajo de Zeilinger y colegas que vamos a describir ha conseguido un fenómeno nuevo y sin ninguno de estos problemas ya que han utilizado las últimas técnicas en la detección y emisión de fotones.
El experimento: Fotos sin fotones
El experimento se basa en el siguiente esquema:
Pero será mejor que lo construyamos paso a paso para entender la belleza de este experimento.
1.- Somos capaces de generar un único fotón y lo lanzamos al experimento. Este fotón tiene una determinada frecuencia (longitud de onda), por ejemplo supondremos que corresponde al color verde.
Evidentemente vamos a repetir el experimento muchas veces, pero en cada una de ellas tenemos que tener en cuenta que solo hay un fotón (o dos, como ya veremos) recorriendo el dispositivo. Este es un detalle importante.
2.- El fotón se encuentra con un espejo semitransparente. Este espejo tiene una probabilidad del 50% de transmitir el fotón y el 50% de reflejarlo.
Este punto es esencial ya que en cada paso del experimento solo hay un fotón en vuelo pero no tenemos ninguna forma de decidir si ha sido transmitido o reflejado. La cuántica resuelve este hecho considerando todas las posibilidades a la vez, en esta situación el estado del fotón sería:
Esto indica que se tienen en cuenta los dos caminos pero que no podemos saber cual de ellos ha seguido el fotón.
3.- Ahora disponemos dos cristales no lineales (NL). Estos cristales tienen la propiedad de convertir un fotón de una determinada longitud de onda (frecuencia), por ejemplo verde, en dos fotones de otras longitudes de onda, por ejemplo amarillo y rojo. En este caso vamos a asumir que el fotón verde se convierte en dos fotones, uno rojo y otro amarillo.
Lo genial de esto es que los fotones creados (amarillo y rojo) a partir del verde están entrelazados. Eso quiere decir que están ligados o correlacionados de una forma muy sutil. las propiedades de uno y otro, todas ellas, estan interrelacionadas. Si midieramos el espín de uno nos daría información sobre el espín del otro. Si uno de los fotones del par entrelazado se transmite por un medio su estado se modificará y el otro miembro del par modificará su estado de forma que las correlaciones se mantengan aunque no haya pasado por ese medio.
4.- Ahora nos concentramos en los fotones que salen del cristal no lineal 1 (NL1). De él salen un fotón amarillo y uno rojo (generados a partir del verde original y entrelazados entre ellos). En su camino ponemos un cristal dicroico. Estos cristales tienen la propiedad de dejar pasar una longitud de onda (por ejemplo amarillo) y reflejan todas las demás (lo que incluye al rojo).
Con esto conseguimos que, en el caso en el que, el fotón verde inicial (único en vuelo originalmente) haya pasado por NL1 se generarían dos fotones que se moverían en la misma dirección (por cuestiones de conservación de la energía, etc). Con el cristal dicroico separamos el fotón amarillo que sigue su camino como si nada y el rojo se refleja. Estos fotones se separan espacialmente pero su estado cuántico está entrelazado.
Recordemos que no sabemos si el fotón verde original toma ese camino pero hay que considerar todas las opciones.
5.- En el camino del fotón rojo reflejado ponemos un objeto, una silueta de un gato por poner algo. Estos fotones pasan por el objeto, cambián de medio por lo tanto. Como están entrelazdos con los fotones amarillos anteriormente transmitidos, estos últimos adquieren información del objeto en cierto sentido. Podríamos decir que «saben» que sus compañeros rojos han pasado por el objeto en cuestión que ellos nunca han visto ni de lejos 😉
6.- Una vez que los fotones rojos han pasado por el objeto (el gato) se dirigen con un nuevo cristal dicroico hacia el NL2. En este caso el cristal es capaz de transmitir fotones verdes y reflejar fotones rojos.
Esto es peliagudo, solo hay un fotón en vuelo en cada experiencia, pero como no sabemos por donde ha ido tenemos que considerar todos los caminos a la vez. Por eso podemos hacer este diagrama, porque al ser todos los caminos indistuinguibles tenemos que trabajar como si todos ellos se verificaran al mismo tiempo. Lo impactante de esta forma de proceder es que se predicen correctamente los datos experimentales. Esto es lo duro de la cuántica ya que está totalmente alejado de nuestras experiencias cotidianas. Así tenemos un único fotón, sí, pero como no sabemos dónde está tenemos que aceptar que está recorriendo todos los caminos a la vez, eso es lo que nos dice el formalismo. (No entro aquí en disquisiciones filosóficas).
7.- El fotón verde y el rojo son dirigidos hasta NL2. Este cristal no lineal vuelve a tener la propiedad de generar un par de fotones, amarillo y rojo, a partir del verde inicial. El rojo que le llega pasa a través de él como si nada, este cristal es transparente para estos fotones.
Ahora tenemos que considerar que hay un fotón rojo que ha pasado por el objeto y un fotón rojo que ha sido generado por NL2 al llegarle el fotón verde. Estos dos fotones rojos sufren un proceso de interferencia. En dicho estado de fotones rojos en interferencia no podemos diferenciar la parte que ha pasado por el objeto y la que ha sido generada por NL2.
Al final de este paso lo que obtenemos a la salida de NL2 es un fotón amarillo y un sistema de intererencia de dos fotones rojos.
8.- Este segundo par de fotón amarillo y rojo (interfiriendo dos fotones rojos, más bien) se hace pasar por un cristal dicroico que transmite amarillo y refleja rojo.
Estos fotones rojos se drenan del sistema, se dejan escapar, se tiran a la basura. Y estos son los únicos que han tenido la opción de interactuar con el gato. Los únicos fotones que quedan en juego son los amarillos que no han visto al gato ni por asomo.
9.- Lo fotones amarillos se dirigen hacia los detectores que actúan como placas fotográficas y el resultado es el siguiente:
Se forma la imagen del objeto a partir de fotones que no han interactuado con él en nigún momento.
Conclusiones
Los fotones rojos se han perdido, no están en el dispositivo, no son detectados. Más aún, los detectores usados son ciegos para longitudes de onda verde y roja, solo pueden detectar fotones amarillos.
El material con el que se hace el objeto fotografiado es opaco para los fotones amarillos, no los deja pasar. Por lo tanto, aunque hubiera alguno por ahí (que no lo hay) no llegarían al detector.
La figura se recupera por el hecho de que los cristales no lineales generan pares de fotones entrelazados. Esto implica que los fotones amarillos tienen información del paso de los fotones rojos por el objeto fotografiado y por eso pueden reproducirlo.
Si en algún paso de este experimento dispusieramos de algún modo de saber el camino seguido por el fotón entonces la imagen no se formaría ya que no sería posible considerar todos los caminos posibles como indistinguibles y perderíamos el hecho de la interferencia cuántica de un único fotón consigo mismo.
Un experimento que pone sobre la mesa toda la potencia y la belleza de la cuántica. No sé qué posibles aplicaciones tendrá este fenómeno pero estoy seguro de que serán muy interesantes.
Referencias
Quantum imaging with undetected photons El artículo de marras.
Un libro en el que se exponen los fenómenos de superposición cuántica y entrelazamiento fundamentales para entender este experimento. Un texto didáctico que tiene un tratamiento muy suave de estas cuestiones con gran enfásis en cuestiones experimentales.
Quantum Physics: A First Encounter: Interference, Entanglement, and Reality
Un texto delicioso en el que se expone la cuántica a un nivel popular usando este tipo de experimentos como base. Un gran libro para ver la cuántica desde un punto de vista no convencional y que se fundamenta en el principio de indistinguibilidad, base de este experimento.
Nos seguimos leyendo…
Cuentos Cuánticos 
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Tu blog es muy didáctico y realmente se aprende muchísima ciencia con él. A mi me encanta.
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Buenas! Soy estudiante de primer año de física, por lo que en esta pagina me siento como niño en parque de diversiones: me quiero subir a todos los juegos.
No me puedo contener con preguntas de las cuales en el futuro quizás me arrepienta de haberlas hecho, pero hoy, me aclararían varias ideas:
-Este experimento se hace en vacío?
-No colapsan las funciones de onda de los fotones cuando son absorbidos y remitidos por los espejos?
No te pido una explicación de mis preguntas, pero me ayudaría una respuesta concreta para ordenar mis ideas hasta que tenga acceso académico a ellas. Igualmente se lo que me espera…Cállate y calcula!
Por último, Muchas gracias por tan excelente pagina! Por esta, El tamiz, y francis he decidido interesarme a fondo en física.
Saludos desde Argentina!!!
Enrique:
Tu dices que los fotones rojo y amarillo que salen de Nl1 estan entrelazados. Francis comentando el mismo experimento dice que no lo estan.
Como se concilian ambas cosas.
Creo que el misterio se resuelve leyendo en el artículo original: «A normal two-particle entanglement has blossomed into an exciting single-particle superposition, especially rich when T and γ are transverse-position dependent».
creo que lo que demuestra éste esperimento es que el fotón, va por todos los caminos a la vez,y que nuestra capacidad para medir ésta realidad es insuficiente.
Otro post sobre el mismo tema se puede consultar en el blog de Francis:
http://francis.naukas.com/2014/08/29/imagenes-de-objetos-con-fotones-que-son-detectados/
Saludos
Vuelvo a insistir en que es fundamental la presencia de un observador para que exista, no ya experimento, sino realidad. Cuando se realiza una observación se encuentra un valor que corresponde a una de las amplitudes de onda, y las amplitudes excluidas se anularán. Este proceso se conoce como Reducción de las Amplitudes, y, sería la explicación de la paradoja del Gato de Schrödinger.
La descripción ortodoxa en Mecánica Cuántica de una medida, tiene el inconveniente de que el proceso de medición parece un hecho imposible, porque se supone que TODO está compuesto de átomos. Por tanto, al ser TODO (sujeto observado, aparato de medida y observador) sistemas cuánticos, y existir varios valores medibles, el aparato de medida no debería poder elegir un solo valor. Y el observador tampoco estaría capacitado para percibir dicha medida. Con lo cual, o nunca podríamos observar nada, o la Teoría Cuántica es un completo disparate. Y ninguna de esas dos premisas es cierta.
Lo que quiero decir es que, la Física Cuántica desborda cualquier intento lógico de entenderla, y que el observador juega un papel primordial. Sobre todo esto último. Ciertamente el pensamiento no CAMBIA ni CREA la realidad, pero la OBSERVACIÓN SÍ.
Y eso es lo que pretendía dejar claro el amigo Zeilinger, por eso colocó el segundo espejo. Con la Física Clásica, el segundo espejo es una redundancia, con la Física Clásica el segundo espejo sirve para que el observador ignore el origen real de los fotones y surja «de la nada» la fotografía «mágica». Es la presencia de un observador la que determina el éxito del experimento.
FE DE ERRATAS.- Donde dice «Con la Física Clásica, el segundo espejo es una redundancia, con la Física Clásica el segundo espejo sirve para que el observador ignore el origen real de los fotones y surja “de la nada” la fotografía “mágica” Debe decir «Con la Física Clásica, el segundo espejo es una redundancia, con la Física Cuántica el segundo espejo sirve para que el observador ignore el origen real de los fotones y surja “de la nada” la fotografía “mágica”.
Enrique, creo que la gente entendería mejor tu entrada con esta aclaración:
Antes se hablaba del principio de complementariedad como que los fotones a veces se comportaban como ondas y otras como partículas.
Ahora ya no es así. Y el principio de complementariedad se enuncia como «el completo conocimiento del camino no es compatible con la presencia de interferencia». Por lo que no sabemos de entre los «posibles caminos que puede seguir un fotón» (y que están señalados en los diagramas) cual será el que efectivamente seguirá, ya que, hay interferencia. (La interferencia es clave para que salga la foto).
… y al descartar esa dualidad de la cuántica, se produce algo «mágico»: el observador ya no juega ningún rol sobre lo observado. Ya no es necesaria ninguna conciencia para colapsar una hipotética función de onda. Daniel lo ha resumido excelentemente en su entrada:
http://entangledapples.blogspot.com.es/2014/08/segun-la-fisica-cuantica-pueden-los.html
En total desacuerdo. Siempre el observador influye sobre lo observado. Esta es una de las leyes más sagradas de la Mecánica Cuántica; avalada por el Principio de Indeterminación de Heisenberg… Esa es la base de la Física Cuántica, la Función de Onda es tan sólo una probabilidad, mejor dicho una suma de amplitudes, es la OBSERVACIÓN la que hace que la función colapse en una medición y entonces SURGE la realidad. Cuando decimos que un fotón ha seguido un determinado camino, o todos a la vez, es una forma de hablar, en realidad el fotón no estaba ahí ni ha seguido ningún camino hasta que lo hemos detectado. Esto a Einstein no le entraba en la cabeza, y por eso decía: «Me gustaría pensar que la Luna sigue estando ahí aunque yo no la esté mirando
F. no sabes, si quieres aprender estate atento a este blog. A mí me gustaría poner en contacto a Daniel y a Enrique. Y tal vez en estos Cuentos Cuánticos se expliquen los fundamentos de la cuántica.
En lugar de descalificar y de ser impertinente, sencillamente diga qué le parece incorrecto y por qué. Eso es la ciencia, Las actitudes insolentes sobran.
Como digo, estate atento. Tal vez aprendas algo.
Sí, que eres un pobre hombre…
…Y no te ofendas por esto, te lo digo afectuosamente. Hace tiempo que sigo este blog, y lo sigo porque, efectivamente, aprendo, y mucho. Y no solamente de física, también de elegancia, docencia y buen humor, tanto del autor del blog como de la gran mayoría de personas que intervienen. Y pienso que pueden y deben entablarse debates y corregir los comentarios erróneos con argumentos y educación. Y de pronto sales tú, no sabemos de dónde, dando consejos al dueño del blog, diciéndole cómo debería enfocar el post, mareando la perdiz con que lo quieres asociar con otro autor de blog para que escriban en común, y faltándome al respeto. Supongo que porque no has comprendido lo que dije, no porque sea erróneo (dime de qué te jactas y te diré de lo que careces). Yo pensaba que en un blog de ciencia pura, de física, acudiría a comentar gente formada, con espíritu científico y con deseos de aprender y de aportar conocimientos. Y llegas tú con tu mala educación y tu discurso prepotente, insistiendo en el mismo argumento y buscando enmierdar como único objetivo. Eso me parece penoso y patético. De ahí mi comentario. Disculpa si te he ofendido. No era mi intención.
F.: no ofendes porque tampoco aciertas en tu diagnóstico.
No entiendes lo que se te dice y respondes en discordancia.
Sólo te pido tiempo y ya comentaremos más adelante sobre los fundamentos de la cuántica. Es lo único que digo. Pero si al decir esto ya me descalificas, tal vez Enrique no quiera meterse en líos y se aborte ese asunto. Por eso F.: aparca tus desvaríos y espera un tiempo.
Humildemente creo los comentarios como el pié de la foto «Contacto con él en ningún momento» o el propio titular, está creando cierta confusión entre los legos en la materia.
Fíjate bien, «…contacto con él en ningún momento.» no es el pie de la foto sino la continuación del texto.
Y a mí el título me gusta. Saludos.
“Esto implica que los fotones son partículas con entidad propia en lo que respecta a este experimento, los espejos semitransparentes no LOS parten por la mitad.”
Esta es la clave del misterio. Veámoslo físicamente, como siempre hago; sin necesidad de ir a cada esquema experimental. La otra vez que explique sobre ese extraño concepto de fotón, en base a un material, y no al ente en si; te enfadastes y lo borrastes. Así que seré breve.
Si comienzas a bajar esa energía electromagnética hasta el límite, y el espejo semitransparente por sus propiedades reales, refleja o transmite mucha más energía en una dirección, que en otra dirección: Eso no quiere decir, que en una se alcance el cero; porque son espejos reales, discretos en sus estructuras atómicas, imperfectos, por los siglos de los siglos, hagamos, lo que hagamos. Pues lógico, que en uno de los detectores(que tampoco son perfectos, ni ideales en ningún experimento) llegues al límite de no detección; aunque le este llegando parte de esa energía electromagnética enviada.
Como en los experimentos reales, no puedes quitarte nunca de encima, los límites de sensibilidad de los detectores; pues nunca esa definición de fotón, tendrá rigor físico, por más que lo repitas en cada párrafo.
Y mucho menos interpretar, que ocurre una interferencia de ese fotón mal definido, con sigo mismo. La interferencia es real y es la prueba de que hay una porción de energía, que escapa de la sensibilidad del detector. Pero no de la sensibilidad de la interacción Luz-Luz débil; lo que ustedes llaman interferencia.
Claro, una vez que meten con calzador, ese concepto extraño de foton. Solo queda decir, que la misteriosa interferencia, es del fotón, con sigo mismo y todas las demás metafísicas-matemáticas esotéricas, que le logres encajar.
Concepto, que sería algo así como: Fotón, es todo aquello que bajando la energía emitida hasta un límite; sólo puede ser transmitido o reflejado por un espejo semitransparente. Pero esa definición, no tiene ninguna garantía física, de que una pequeña parte de esa energía, también sea transmitida o reflejada en la otra dirección, hacia el otro detector. Y que esa porción, este por debajo del límite de sensibilidad de detección, de los detectores. Ni de que, si en el futuro, se construye un detector más sensible (aunque físicamente, llega un momento, en estos tienen límites reales infranqueables); no puedas hacer el mismo experimento, bajando más la energía luminosa enviada y obteniendo de nuevo los mismos resultados.
Pero mientras halla interferencia, es porque habrá parte transmitida y parte reflejada; independientemente de que su valor energético, sea detectable o no por los sensores.
En resumen:
1-Dado que los espejos semitransparentes, es decir, los que pueden transmitir y reflejar energía luminosa simultáneamente; son discretos en sus estructuras atómicas, no son ideales y nunca la luz podrá ser transmitida o reflejada al 100 %.
2-Dado que los sensores, son discretos en su estructura atómica, no son ideales, pues siempre tendran limites de sensibilidad, y siempre podremos lograr enviarles una posición de energía electromagnética, que ellos no detectaran o informan haber recibido.
De aquí se concluye:
Que la interferencia es prueba, de que siempre hay parte de luz transmitida y una parte de luz reflejada; aunque algún detector no tenga sensibilidad para informarnoslo.
Y que nunca sabremos por medio de este experimento, si la luz tiene un límite discreto. Ya que podemos construir, esos mismos experimentos, con sensores más toscos y llegar a la misma conclusión; de que el fotón interacciona con sigo mismo. Para un vez que los intercambiemos, con los sensores de estos nuevos experimentos; llegar a la conclusión, que había una porción de luz que no detectavamos. Repito, este experimento, no puede decirnos con rigor físico, si la luz esta compuesta por entes indivisibles,… fotones. Por lo que el experimento, desde sus bases físicas, arrastra un acto de fe.
Lo primero decir que este cuento cuántico, como todos, es una pasada, y que muchísimas gracias por transmitir los conocimientos de una manera tan genial.
Ahora, tras ver el experimento, cabe hacerse varias preguntas: ¿la fotografía resultante de este experimento es la de un ‘gato vivo’ o la de un ‘gato muerto’? Si repetimos el experimento múltiples veces sin haber mirado si el ‘gato’ real estaba vivo o muerto, ¿cual será el resultado?. ¿Y si lo repetimos tras mirar al ‘gato’ real?
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Es necesaria la presencia del segundo espejo. En todo experimento cuántico es fundamental que el EXPERIMENTADOR desconozca el origen de la fuente que ocasiona el resultado final. Como muy bien se ha explicado en el post: «El secreto de este comportamiento es que no tenemos ni idea de qué camino ha seguido el fotón hasta llegar al detector que se dispara. Esta indistinguibilidad de los caminos, nos dice la cuántica, nos obliga a considerar todos los caminos a la vez a la hora de explicar el experimento. Si encontramos algún modo de saber el camino que recorre el fotón el comportamiento descrito se pierde y no tendremos bajadas y subidas en las probabilidades por mucho que alteremos las longitudes de los brazos del interferómetro. El ingrediente esencial aquí es el desconocimiento, la indistinguiblidad, del camino seguido por el fotón en el experimento«. Si hubiésemos eliminado el segundo espejo, entonces sabríamos qué camino toma el fotón inicial SIEMPRE, y no funcionaría. No habría imagen alguna. Este es el gran enigma de la Física Cuántica. Y este era el motivo por el que el grupo EPR (formado por Einstein, Podolsky y Rosen) aseguraba que la Teoría de la Física Cuántica era incompleta (defendida por la Escuela de Copenhague), y que existía una «acción» a distancia. Los trabajos de John Bell y de Alain Aspect demostraron que no existe tal acción a distancia. Este experimento de Zeilinger (tipo genial poseedor además de un gran sentido del humor) ha hecho un guiño a la paradoja del Gato de Schrödinger. De alguna forma han fotografiado algo que existía y no existía a la vez. Existe porque el gato estaba ahí, pero no existe porque su imagen la han obtenido fotones que NO han «tocado» objeto alguno, simplemente han atravesado o rebotado en espejos. Una auténtica obra de arte.
Pero no te enfades
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No. Barreto dice (según el artículo) que la imagen se compone por la interferencia del ‘amarillo’ que viene de arriba (c) con el generado en NL2.
¿Quiere decir eso que este segundo foton contiene ‘información’, derivada de la mera posibilidad de que el foton disparado inicial se refleje en lugar de seguir (y alcanzar el gato-objeto), información que sería (matemáticamente) precisa para complementar el foton amarillo que atraviesa el gato?
Veo que Nuria anda en lo mismo.
Aunque deban representarse todos los caminos, supongo que la ‘impresión’ del gato se va ‘dibujando’ sólo a partir de los fotones (uno a uno) que se transmiten en el primer espejo semitransparente (la mitad: la otra mitad, reflejada, no puede recuperar nada, ¿no es así?).
Gracias, otra vez, por enseñar.
Lo mismo es una absurdidad lo que voy a preguntar, aunque no soy rubia soy de letras ^^; pero, si cada vez lanzamos un sólo fotón, según los que se explicaba en la parte superior de la entrada ¿No habría un 50% de posibilidades cada vez de que se fotografiera el gato? Es decir, si el fotón al pasar por el primer E.S. se refleja en lugar de atravesarlo, no se vería el gato al final ¿no?
Yo soy de ciencias y no creo que tenga que ver lo que hayas estudiado para comprender estas cosas porque a mi también me cuesta XD.
Yo lo que entiendo de este experimento es que es como una forma de abrir la mente del dilema del observador. Si supiéramos donde está el fotón en cada momento podría producirse la imagen o podría no producirse. 50% de probabilidades. Pero la imagen se produce porque nos es imposible saber qué camino recorre el fotón. Lo único que tenemos seguro es que al final, vaya por un camino o por otro vamos a recoger fotones amarillos. Eso es algo fijo. Y como no sabemos qué camino recorre el fotón verde inicial debemos suponer que todos son correctos, y que en algún momento el fotón amarillo que llega al final, habra sido objeto de un entrelazamiento cuántico con el fotón rojo.
Lo cual el experimento nos dice que el entrelazamiento cuántico es real. Y es un nuevo ejercicio mental sobre el dilema del observador.
Gracias
Blog fantástica
buena suerte
…………………….
http://www.8ii.in
Esto no me cuadra: pq el gato sale rojo si el detector solo detecta fotones amarillos?
Que pasaría si el objeto a reproducir es un agujero negro?
Eso si es un Excelente pregunta!!!!
Gran entrada! Cosas como éstas (y vuestra página en general) son las que me han hecho empezar a estudiar física. Muchas gracias!
Deseadme suerte con mi primer día!! Que ganas!
¿Qué imagen se vería si retrasamos los fotones rojos unos segundos?
También se ha colado el «puedeN haber»
Pues también se ha colado el «puedeN haber…»
Hola, el enlace de «Más difícil todavía…» no funciona. Un afectuoso saludo.
Corregido, gracias!!!
Ayudad a un profano a entenderlo, que me he perdido al final.
¿Qué papel juega el fotón amarillo del segundo camino, y cómo le afecta la interferencia de su fotón rojo entrelazado?
Dado que en la imagen no parece tener impactos fuera de la silueta, supongo que tanto en el camino 1 como en el camino 2 el fotón amarillo tiene información de la silueta del gato, pero claro, aplicar el sentido común a la cuántica no va a ninguna parte.
Y, en función a la respuesta ¿qué papel juega el último espejo semitransparente? No sé si es simplemente para mantener los dos caminos simultáneos, o si tiene algún efecto adicional.
La interferencia de su fotón rojo entrelazado con el otro fotón rojo, si desarrolláramos las ecuaciones, no modifican su estado, por lo tanto no hay efecto sobre el fotón amarillo asociado. Ese fotón amarillo es necesario para la interferencia con el otro fotón amarillo (el entrelazado con el fotón rojo que sí ha pasado por el objeto) para completar el circuito del interferómetro y poder recuperar la imagen.
El último espejo semitransparente lo único que sirve es para cerrar el interferómetro.
Y entonces, ¿el espejo D2 aporta algo al experimento? ¿O se podría drenar a ese fotón rojo del sistema sin más en ese punto?
Si el estado del fotón amarill(NL2) no se ve afectado por la interferencia con su pareja entrelazada roja, como comenta el compañero anónimo, el espejo D2 debería ser prescindible. Se deja que sea el fotón verde solo el que genere el segundo par de fotones y se evita cualquier duda.
Al menos es lo que la intuición nos dice. (Otra cosa es que sea correcto).
Creo que seria deseable que se hiciera el experimento sin el espejo D2, por que si los resultados cambian, habría que hacer una interpretación distinta. Y de hecho, tendría tal vez más repercusión o valor científico ya que tu mismo comentas que según las ecuaciones no se altera el estado. Pero si los resultados cambian es que si se esta produciendo un efecto no considerado por las ecuaciones.
Una pregunta si me lo permiten: ¿ que pasaría si no se utiliza el brazo inferior? ¿No se podrían medir las propiedades de los fotones amarillos directamente(sin interferencia)? Si nos puedes explicar más o menos como interfieren ( se anulan o amplifican) los fotones entre ellos para terminar formando la imagen se agradecería.
Saludos!
Por cierto, el articulo muy interesante, que efecto tan sumamente extraño.
Bueno, amigo, te has dao un buen palizón para explicarlo, pero el resultado ha sido perfecto. Ha quedado absolutamente claro y diáfano. Muchas gracias por el esfuerzo realizado. No puede hacerse mejor. Por otra parte una maravila como ésta sólo se le podía ocurrir al amigo Zeilinger; una más en su prodigioso currículum. Un cordial saludo y gracias de nuevo.
Gracias por tus palabras 🙂
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Ese «hechar mano…» :p
Corregido, gracias.
Y se les ha pasado «que halla llamado»…