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La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen y el teorema de Bell

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2017-10-16
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2017-10-16
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John Stewart Bell nació en Belfast el 28 de junio de 1928. Obtuvo el grado de física experimental en la Universidad de Queen en 1948. Su carrera científica comenzó en Harwell y Malvern, donde realizó cálculos de trayectorias de partículas en aceleradores. En 1956 obtuvo su doctorado en Harwell como especialista en física de partículas elementales y teoría cuántica de campos. Años después se trasladó a los laboratorios del CERN. A pesar de que su trabajo se centró exclusivamente en física de partículas teóricas y diseño de aceleradores, donde aportó notables contribuciones, tenía como afición el estudio de los fundamentos de la mecánica cuántica, lo que le llevó a su mayor y más importante descubrimiento. Mientras trabajaba con Rudolf Peierls en su tesis, descubrió de manera independiente a G. Liiders y W. Pauli el teorema CPT, uno de los teoremas más básicos de la física. Además, descubrió junto a Roman Jackiw lo que hoy recibe el nombre de la anomalía de Bell-Jackiw-Adler. Otra de sus contribuciones más importantes fue su propuesta de 1967, en la que sugirió que debía existir una teoría de campos gauge para describir la interacción débil. Esta idea in uenció en gran medida a Martinus Veltman y Gerard 't Hooft, y resultó en un completo entendimiento de la fuerza débil. Como hemos mencionado anteriormente, aunque no se pueden infravalorar sus aportes en física de aceleradores y teoría de campos, sus contribuciones más importantes fueron precisamente en los fundamentos de la mecánica cuántica. Al parecer, J. Bell mostró interés en el con icto entre Bohr y Einstein, y se posicionó a favor de las ideas de este último.Él también pensaba que una descripción completa de la mecánica cuántica usando "variables ocultas" sería lo más deseado, puesto que ayudaría a retomar la idea de un mundo realista y objetivo. Sin embargo, en 1952, David Bohm logró algo que hasta entonces se había proclamado imposible. John von Neumann había probado que ninguna teoría de variables ocultas podía encajar con la mecánica cuántica, pero Bohm consiguió formular dicha teoría, donde cada partícula tenía una posición y un momento bien definidos para todo instante. El con icto que surgió entre von Neumann y Bohm fue elegantemente resuelto por Bell, que mostró que la prueba de von Neumann contenía una suposición físicamente injustificable. Paradójicamente, justo cuando Bell pareció abrir las puertas para las teorías de variables ocultas, su descubrimiento demostró todo lo contrario. En 1964, publicó el artículo "On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox" [1], donde mostró que cualquier teoría de variables ocultas que obedece el principio de localidad propuesto por Einstein entraría automáticamente en confl icto con la mecánica cuántica. Este es el conocido Teorema de Bell. No obstante, aunque la mecánica cuántica ya era una teoría consolidada en el momento en el que Bell publicó sus resultados, no existían experimentos que permitiesen descartar el realismo local. Como veremos en la sección 8, la publicación del teorema de Bell motivó la realización de una serie de experimentos que se han ido mejorando cada vez más hasta el día de hoy, confirmando todos ellos la violación de las desigualdades y, por tanto, respaldando la mecánica cuántica y entrando en con icto con el realismo local. Actualmente, las desigualdades de Bell y la física de las partículas entrelazadas se han convertido en la piedra angular de la nueva tecnología basada en la información cuántica. Experimentalmente se ha comprobado que se puede almacenar más de un bit de información en un sistema bipartito, que se puede teletransportar un estado cuántico a largas distancias, y que se puede usar el entrelazamiento cuántico para diseñar métodos criptográficos protegidos por las leyes de la física y no por las habilidades de un ser humano [2]. La computación cuántica promete ser un campo de gran relevancia en el futuro que probablemente tenga el mismo crecimiento exponencial que tuvo en su día toda la electrónica. Es por ello que en este trabajo hemos decidido incluir las bases sobre las que se cimienta esta tecnología.
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Keywords
Mecánica cuántica, Teorema de Bell, Información cuántica, Computación cuántica
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