Intentemos hacer esto.
No es difícil hacer pares de fotones enredados. El estado cuántico interno de un fotón es su polarización, por lo que podemos generar fotones entrelazados de polarización. Por lo tanto, hagamos un flujo de fotones de qubits, a una velocidad de un millón de fotones entrelazados por segundo. Eso no es un gran ancho de banda, pero los enviaremos a lados opuestos de la galaxia.
Para una comunicación más rápida que la luz, tendremos que considerar la relatividad especial y la falta de simultaneidad entre observadores separados similares al espacio. Esencialmente, eso se reduce a establecer algún protocolo de comunicación. Digamos enviando un millón de pares de fotones y luego haciendo una pausa por un segundo y repita el proceso. Entonces, el observador distante solo necesita detectar la pausa para saber cuándo comienza la señal.
El objetivo es utilizar el flujo de millones de fotones enredados para enviar un mensaje de un receptor a otro ubicado en los extremos opuestos de la galaxia. La fuente de la corriente de fotones enredados se encuentra equidistante entre ellos. Todo lo que hace es generar y enviar los pares de fotones enredados en direcciones opuestas.
Un destinatario, Alice, quiere usar los fotones enredados para enviar un mensaje a Bob en el otro extremo de la galaxia. Alice tiene acceso al flujo de fotones enredados. Puede hacer mediciones de la corriente utilizando un divisor de haz polarizador y dos detectores. Eso le permite determinar si cada fotón en la corriente está polarizado, ya sea horizontal o verticalmente.
Bob tiene acceso al otro extremo de la corriente de fotones y usa el mismo aparato de medición. Supongamos que han optimizado sus aparatos para que sus polarizadores estén alineados de manera similar. Eso significa que si Alice mide un fotón horizontal (H), también lo hará B, cuando mida a la pareja enredada.
Alice sabe que el flujo está enredado, por lo que sabe que Bob medirá un fotón H si mide uno. Ella efectivamente ha colapsado la función de onda instantáneamente en distancias interestelares. Sin embargo, en este punto no le ha indicado nada a Bob. Ella solo conoce el resultado de la medición de Bob.
Ahora queremos explotar este colapso instantáneo para enviar señales entre Alice y Bob.
Alice solo conoce la polarización del fotón cuando realiza su medición. El cincuenta por ciento del tiempo será H, de lo contrario será vertical (V).
Si Bob mide el flujo de fotones independientemente de Alice, digamos que mientras Alice está dormida, también medirá H la mitad del tiempo y, de lo contrario, V.
Las mediciones independientes de Alice o Bob revelarán una probabilidad aleatoria de lanzamiento de moneda de H o V.
Ahora deberías hacer la pregunta; Si las mediciones independientes producen probabilidades aleatorias de H o V, ¿puede el acto de una persona realizar una medición y colapsar la función de onda realmente afectar las probabilidades de medición aleatoria para la otra persona? ¿Puede la otra persona realmente detectar el hecho de que la función de onda enredada se ha derrumbado?
El problema es que Alice no ejerce ningún control sobre su medición, pero sí adquiere conocimiento sobre el resultado de la medición de Bob. ¿Puede ella poner este conocimiento a algún uso para la comunicación?
Alice necesita modificar las medidas aleatorias que observa, de modo que ya no sean aleatorias, sino que lleven información. Si solo hace una medición, solo obtiene lo que mide y no tiene control sobre eso.
¿Qué tal usar las medidas y rechazar los resultados que no desea, dejando el mensaje impreso en los fotones que se aceptan? Para hacer eso, Alice necesita compilar una lista de fotones rechazados y enviar esa lista a Bob. Una vez que Bob ha recibido la lista, puede identificar la medida a rechazar, ¡dejando el mensaje! ¡Hurra!
Espera un segundo…
Para que Bob decodifique su flujo de medición, primero necesitaba recibir la lista de mediciones rechazadas de Alice …
Si bien el flujo de fotones enredados fue recibido y codificado de forma superluminal, la clave del mensaje codificado aún tenía que enviarse a través de algún otro canal lento. De lo contrario, la secuencia de Bob no es diferente de una secuencia aleatoria. Realmente necesita esa lista de mediciones rechazadas para encontrar el mensaje en una secuencia de medición aleatoria.
Pongamos las computadoras cuánticas en la tarea en cuestión. El problema es que la corriente de fotones tiene una polarización distribuida aleatoriamente definida por la superposición de estado enredado. Sin embargo, podemos trabajar en esa secuencia aleatoria usando lógica cuántica.
Una puerta de lógica cuántica en realidad no constituye una medida en el sentido de que mantiene la superposición. Sin embargo, es una puerta lógica en el sentido de que puede ingresar una señal en un canal y uno de los fotones enredados en el otro y la salida seguirá siendo un estado cuántico en algún estado de superposición. La diferencia es que la naturaleza aleatoria puede modificarse para que ya no sea aleatoria, sino que lleve información.
La puerta de la lógica cuántica suena perfecta. Podemos convertir la secuencia de fotones enredados en una secuencia de fotones que transporta información al operar en un extremo de la secuencia. Entonces, ¿qué pasa en el otro?
La puerta de lógica cuántica más simple es la puerta C-NOT. Ingresa uno de nuestros pares de fotones enredados en un puerto y nuestro mensaje codificado en polarización de fotones en el otro. Lo que esto hace es exactamente lo que habíamos querido hacer antes. Si el estado entrelazado de entrada no corresponde a la señal que queremos, volteamos el estado para que así sea. Ahora tenemos un flujo de fotones que contiene la señal que queremos enviar y no hemos realizado ninguna medición. Suena demasiado bueno para ser verdad … y lo es.
Lo que nuestra puerta de lógica cuántica de alta tecnología realmente ha hecho es mover el enredo. El fotón distante se desenredó instantáneamente y ahora es totalmente aleatorio y no correlacionado.
La función de onda en realidad no se ha derrumbado. Se ha modificado y el enredo se ha transferido entre la entrada de dos fotones a la puerta C-NOT.
¿Es esto algún tipo de magia? De repente, el flujo de fotones enredados de Bob ya no está enredado, simplemente porque Alice ha usado una puerta de lógica cuántica para intentar imprimir una señal en el flujo.
Tenga en cuenta que no ha habido colapso de la función de onda en este escenario. En cambio, hemos transformado la función de onda. Bob ahora recibe sus fotones en una superposición de H y V y mide la misma probabilidad que si Alice no hubiera hecho nada …
Una vez más nos hemos visto frustrados. Además, incluso hemos logrado demostrar una nueva transfiguración instantánea de la función de onda, sin recurrir a mediciones y colapso de la función de onda.
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Lo que he tratado de ilustrar es que la función de onda no es necesariamente real. Es una mecánica importante para describir sistemas cuánticos. Sin embargo, nunca observamos la función de onda cuántica. Solo hacemos mediciones.
Para ser claro. Un estado entrelazado se describe mediante una función de onda entrelazada. Sin embargo, la función de onda no es real. Por lo tanto, el colapso de la función de onda no es real. Es solo parte de la descripción matemática de alguna realidad cuántica, sea lo que sea.
