Què és l'Entanglement Quàntic? Explicació Detallada i Científica
L'entanglement quàntic (o entrellaçament quàntic, en català) és un dels fenòmens més fascinants i contraintuïtius de la física quàntica. Va ser descrit per primera vegada per Albert Einstein, Boris Podolsky i Nathan Rosen el 1935 en el que es coneix com a "paradoxa EPR" (per les inicials dels autors), i posteriorment formalitzat per Erwin Schrödinger, qui el va anomenar "entanglement". Aquest concepte descriu una correlació instantània entre partícules subatòmiques que no pot ser explicada per la física clàssica, i ha estat confirmat experimentalment en nombroses ocasions, com en els experiments guanyadors del Premi Nobel de Física del 2022 (atorgat a Alain Aspect, John Clauser i Anton Zeilinger per les seves proves sobre violacions de les desigualtats de Bell).Per entendre-ho millor, anem pas a pas, des dels conceptes bàsics fins a les implicacions més profundes, incloent-hi equacions matemàtiques senzilles per a una explicació transparent i estructurada. Utilitzaré exemples i analogies per fer-ho accessible, tot i que el fenomen és fonamentalment no intuïtiu.1. Conceptes Bàsics: Què És Exactament l'Entanglement?
- Definició Simple: L'entanglement ocorre quan dues o més partícules (com electrons, fotons o àtoms) esdevenen interconnectades de tal manera que l'estat quàntic d'una no pot ser descrit independentment de l'altra, independentment de la distància que les separi. Si mesurem una propietat d'una partícula (com el seu espín o polarització), l'estat de l'altra es determina instantàniament, com si estiguessin "comunicant-se" més ràpid que la llum – tot i que això no viola la relativitat especial d'Einstein, ja que no es transmet informació usable.
- Analogia Clàssica (però Limitada): Imagina dues monedes màgiques que, quan les llançes, sempre surten amb resultats oposats (una cara, l'altra creu), sense importar on siguin. Però en la quàntica, les monedes no tenen un resultat predefinit abans de mesurar; estan en un estat de "superposició" (totes les possibilitats alhora) fins que observes una, forçant l'altra a "decidir-se" immediatament.
- Com Es Crea l'Entanglement?: Normalment, es produeix quan partícules interaccionen físicament (per exemple, en un procés de desintegració radioactiva o en cristalls no lineals que divideixen fotons). Un cop separades, romanen entelades. Per exemple, en un parell de fotons entelats, si un té polarització horitzontal, l'altre tindrà vertical, però abans de mesurar, ambdós estan en superposició.
- La mecànica quàntica descriu els sistemes amb funcions d'ona (Ψ). Per a dues partícules independents, l'estat total seria el producte de les seves funcions individuals: Ψ_total = Ψ_A × Ψ_B.
- Però en l'entanglement, l'estat és inseparable: Ψ_total no es pot factoritzar. Un exemple clàssic és l'estat de Bell per a dos espins (anomenat estat singlet):Aquí, |↑↓⟩ significa que la partícula A té espín amunt i B avall, i viceversa. El factor 1/√2 normalitza la probabilitat (la suma de probabilitats ha de ser 1). Aquest estat implica que no hi ha un espín definit per cada partícula individualment; només el sistema conjunt té un estat definit.
|\Psi\rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} \left( | \uparrow \downarrow \rangle - | \downarrow \uparrow \rangle \right) - Superposició i Col·lapse: Abans de mesurar, les partícules estan en superposició (totes les opcions possibles). Quan mesurem una (digues A), l'ona funció col·lapsa, determinant instantàniament l'estat de B. Això sembla "acció a distància", que Einstein va anomenar "spooky action at a distance" (acció fantasmagòrica a distància).
- Desigualtats de Bell: John Bell (1964) va demostrar matemàticament que si la física fos "local" i "realista" (com en la clàssica), les correlacions haurien de complir certs límits (desigualtats de Bell). Experiments mostren violacions d'aquestes desigualtats, confirmant l'entanglement. Per exemple, la desigualtat CHSH (una variant) diu que per teories locals: |S| ≤ 2, però en quàntica pot arribar a 2√2 ≈ 2.828.
- Confirmació Experimental: Des dels anys 70, experiments amb fotons (com els d'Alain Aspect el 1982) han provat l'entanglement a distàncies de quilòmetres. Més recentment, el 2015, equips van tancar "forats" en les proves (com el de llibertat d'elecció), confirmant-ho definitivament. Actualment (gener 2026), s'ha demostrat entanglement en sistemes més complexos, com xarxes quàntiques amb satèl·lits (projecte QUESS de la Xina) i fins a 18 qubits en computadors quàntics.
- Aplicacions Pràctiques:
- Computació Quàntica: L'entanglement permet qubits interconnectats per càlculs paral·lels exponencials (algorismes com Shor per factoritzar nombres grans).
- Criptografia Quàntica: Protocols com BB84 utilitzen entanglement per detectar eavesdropping (espionatge), ja que qualsevol mesura altera l'estat.
- Teletransportació Quàntica: No de matèria, sinó d'informació quàntica; s'ha demostrat teletransportar estats entelats a distàncies de 1.400 km.
- Sensors i Metrologia: Millora la precisió en rellotges atòmics o detecció de ones gravitacionals.
- Implicacions Filosòfiques: Qüestiona el realisme local (la idea que les coses tenen propietats independents de l'observació). Interpretacions com la de molts mons (Everett) suggereixen que cada mesura crea branques paral·leles de realitat. En contextos New Age o espirituals (com en NCFCCCD), s'interpreta metafòricament com a "connexió còsmica" entre conscièncie
